Ученые обнаружили квантовое «дальнодействие» без участия запутанности

В середине XX века физик Джон Белл разработал строгий тест, позволяющий отличить квантовую механику от классической физики. Его неравенство основано на принципе локального реализма — идее, что объекты обладают определёнными свойствами независимо от наблюдения, а влияние не может распространяться быстрее света. Если эксперимент фиксирует нарушение этого принципа, значит, между частицами существует корреляция, которую классические законы не объясняют.

Долгое время полагали, что такие нарушения возможны лишь при квантовой запутанности — состоянии, в котором свойства двух частиц связаны, даже если они удалены друг от друга на большие расстояния. Однако новое исследование показало, что источник нелокальности может быть другим.

Важную роль играет «квантовая неразличимость по пути» (path identity). Это ситуация, когда фотоны достигают детекторов так, что невозможно установить, по какому именно маршруту прошёл каждый из них. При этом сами фотоны в момент регистрации не находятся в запутанном состоянии.

Для эксперимента команда использовала лазерный луч, направленный на два кристалла, каждый из которых мог испустить пару фотонов. Оптическая система была устроена так, что траектории фотонов пересекались, и источники становились неразличимы. Это создавало квантовые корреляции без участия запутанных частиц.

Проверка неравенства Белла показала значительное нарушение локального реализма — превышение порога более чем на четыре стандартных отклонения. Исследователи отмечают, что это первый случай фиксации такого эффекта для незапутанных фотонов.

Результаты указывают на прямую связь квантовых корреляций с неразличимостью, а не только с запутанностью, что расширяет понимание фундаментальных причин нелокальности в квантовой механике.

Однако исследование имеет ограничения. Во-первых, использовалась постселекция — в анализ попадали только фотоны, зарегистрированные при определённых условиях, что может влиять на статистику. Во-вторых, сохраняется «лазейка локальности» — фазы детекторов не менялись с нужным пространственным разделением.

Учёные намерены улучшить экспериментальную установку и устранить эти недостатки. В дальнейшем подобные опыты могут расширить класс тестов Белла, показав, что квантовое «дальнодействие» возможно без запутанности, а границы между классической и квантовой физикой сложнее, чем считалось.

Читайте также: