Одна из главных загадок современной физики — подчиняется ли гравитация законам квантовой механики. Чтобы приблизиться к ответу, международная группа исследователей предложила необычный эксперимент и разработала метод усиления квантовой суперпозиции положения зеркал. Ученые нашли способ усилить квантовую суперпозицию положения зеркала в резонаторной оптомеханической системе. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research.
Суть подхода — в создании состояния со сжатием импульса в подвижных зеркалах внутри резонаторной оптомеханической системы. Проще говоря, это значит, что ученые добиваются высокой точности одного параметра зеркала (например, его скорости), за счет чего другой параметр (положение в пространстве) становится более размытым. Благодаря этому эффекту зеркало может существовать в состоянии квантовой суперпозиции, то есть находиться сразу в нескольких точках обширной области пространства одновременно.
В такой установке движением зеркала управляют с высокой точностью с помощью лазерного излучения, запертого в оптическом резонаторе — специальной камере, где свет многократно отражается между зеркалами. Чтобы сделать квантовые эффекты заметными, исследователи снижают тепловой шум — хаотичные движения молекул, мешающие наблюдениям, — путем охлаждения объектов до квантового основного состояния (то есть до температуры, близкой к абсолютному нулю, что практически останавливает тепловое движение) и применения оптической квантовой фильтрации — метода снижения случайных помех в сигнале.
Мы продемонстрировали, что использование этого состояния со сжатием импульса значительно расширяет квантовую суперпозицию положения зеркала, тем самым значительно усиливая сигнал квантовой запутанности, возникающей в результате гравитации. Это новая стратегия, которая будет полезна для будущих экспериментов по проверке квантовой природы гравитации
Если расположить два таких зеркала близко друг к другу, их гравитационное взаимодействие может усилить сигналы запутанности. Хотя работа пока носит теоретический характер, авторы отмечают, что необходимые усилия достижимы с помощью современных технологий — особенно в средах с низким уровнем шума (при экстремально низких температурах, в высоком вакууме или космосе). Успех будущих экспериментов станет прямым доказательством квантовой природы гравитации.
Ранее Наука Mail рассказывала, что звуковой лазер измерит гравитацию с невероятной точностью.
