Ученые из Института Макса Борна, Автономного университета Мадрида и центра IMDEA Nanociencia зафиксировали квантовую запутанность между электронами и ионами на естественной скорости их движения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Квантовая механика полна парадоксов, и самый сложный из них для понимания — квантовая запутанность. Это феномен, при котором две частицы, однажды вступившие во взаимодействие, навсегда сохраняют связь, мгновенно реагируя на изменения друг друга вне зависимости от физического расстояния. В новой работе физики сообщили о беспрецедентном эксперименте по управлению этим явлением на невообразимо малых временных отрезках, измеряемых в аттосекундах.
Ионизация водорода лазером
В ходе сложного эксперимента молекулы обычного водорода подвергались воздействию ультракоротких импульсов экстремального ультрафиолетового излучения в сочетании с мощным инфракрасным лазером. Колоссальная энергия буквально выбивала из молекулы фотоэлектрон, оставляя после себя молекулярный ион водорода с электронной «дыркой». Эти разделенные частицы мгновенно формировали классическую запутанную двухкомпонентную систему.
Главной целью ученых было проследить за сверхбыстрым движением оставшегося в ионе электрона. В квантовом мире он не находился в одном конкретном месте, а существовал в суперпозиции двух состояний одновременно. В конце опыта ион распадался на нейтральный атом и отдельный протон, и физики с высочайшей точностью фиксировали, на какой именно стороне исходной молекулы осталась образовавшаяся электронная «дырка».
Ручное управление связью
Комбинируя результаты высокоточных замеров со сложными теоретическими вычислениями, команда обнаружила удивительную закономерность. Оказалось, что степень квантовой согласованности (когерентности) внутри оставшегося иона водорода напрямую зависит от микроскопической временной задержки между запускающими аттосекундными импульсами лазера.
Эта зависимость работает по принципу качелей: усиление запутанности между выбитым электроном и оставшимся ионом происходит строго за счет снижения внутренней когерентности самого иона. Таким образом, просто изменяя временную задержку между световыми вспышками, ученые получили реальный физический инструмент для ручного контроля уровня квантовой запутанности. Это важнейшее достижение станет прочным фундаментом для разработки перспективных молекулярных информационных технологий.
Ранее мы рассказывали о причинах быстрого выхода аккумуляторов из строя.
