Ученые обнаружили световой парадокс: бесконечное число фотонов в одной системе

Что показало исследование профессора Йоганнеса Скаара

“Эти результаты способны кардинально повлиять на развитие квантовой физики, особенно в областях квантовых вычислений и связи.” - Профессор Йоганнес Скаар

Как сообщает НВ — Техно: О результатах своей работы профессор теоретической физики Йоганнес Скаар из Университета Осло сообщил 22 июня 2023 года в 08:00. С помощью теоретических расчетов он установил: когда фотон проходит через сверхбыстрый затвор, который закрывается прямо во время движения световой волны, возникает сложная суперпозиция состояний. В этой суперпозиции количество фотонов может варьироваться от нуля до бесконечности.

Моделирование эксперимента показало, что затвор закрывается в тот момент, когда волна еще движется, отсекая ее хвостовую часть. Расчеты продемонстрировали: отсечение волны порождает запутанную суперпозицию состояний, где вероятность появления того или иного числа фотонов напрямую связана с тем, насколько быстро срабатывает затвор. Если закрытие происходит мгновенно, ожидаемое число фотонов стремится к бесконечности.

Парадокс и его значение для науки

Интересно, что локальные замеры с одной стороны затвора фиксируют один фотон, а с другой - полный вакуум. Это означает, что в глобальном масштабе система пребывает в парадоксальном смешанном состоянии. Новая теоретическая модель, представленная в работе, вносит ясность в последовательность причин и следствий при взаимодействиях в микромире.

Статья с результатами исследования уже принята к публикации в журнале Physical Review Letters. В дальнейшем ученые намерены проверить подобный механизм на других квантовых объектах, например на электронах. Поскольку фотоны - это неделимые кванты света, авторы опирались на принцип корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому фотон ведет себя одновременно и как частица, и как волна.

Работа профессора Скаара открывает новые перспективы для понимания квантовых процессов и может дать импульс развитию квантовой механики, подчеркивая необходимость экспериментальной проверки теоретических предсказаний. Для русскоязычной аудитории стоит отметить, что подобные исследования напрямую связаны с созданием более мощных квантовых компьютеров и защищенных линий связи, что сегодня активно разрабатывается и в России.

В то же время, исследователи из Оксфорда продемонстрировали аналогичную квантовую суперпозицию, что подчеркивает важность изучения парадоксальных состояний в квантовой физике. Эти открытия могут открыть новые горизонты в понимании сложных взаимодействий на микроскопическом уровне и способствовать развитию технологий квантовых вычислений.