Физики впервые зафиксировали квантовое «дальнодействие» без запутанных частиц

11.08.2025 11:40:00 | iXBT.com

В середине XX века физик Джон Белл предложил строгий тест, позволяющий отделить квантовую механику от классической физики. Неравенство Белла опирается на принцип локального реализма — идею о том, что объекты имеют определённые свойства независимо от наблюдения, а влияние между ними не может распространяться быстрее скорости света. Если в эксперименте оно нарушается, то это значит, что между частицами возникает корреляция, которую невозможно объяснить классическими законами.

Долгое время считалось, что такие нарушения возможны только при квантовой запутанности — особом состоянии, когда состояния двух частиц связаны, даже если они разделены километрами. Но в новой работе физики показали, что источник нелокальности может быть иным.

Вместо запутанности ключевую роль сыграла «квантовая неразличимость по пути» (path identity). Это ситуация, когда фотоны приходят к детекторам так, что принципиально невозможно определить, через какой из двух возможных маршрутов прошёл каждый из них (quantum indistinguishability by path identity). При этом сами фотоны на момент регистрации не находятся в запутанном состоянии.

Иллюстрация: Sora

Чтобы реализовать такую схему, команда использовала лазер, излучение которого направлялось на два кристалла. Каждый кристалл мог испустить пару фотонов, но система оптических элементов была выстроена так, что траектории «переплетались» и источники становились неразличимыми. Это создавало условия для квантовых корреляций без запутанности.

Проверка на неравенство Белла показала уверенное нарушение локального реализма — превышение порогового значения более чем на четыре стандартных отклонения. Авторы подчёркивают, что это первый зафиксированный случай, когда такое нарушение наблюдается у незапутанных фотонов.

По их словам, результаты демонстрируют прямую связь между квантовыми корреляциями и неразличимостью, а не только с запутанностью. Это даёт новый взгляд на фундаментальные источники нелокальности в квантовой механике.

Тем не менее, в работе есть ограничения. Во-первых, применялась постселекция — в анализ попадали только фотоны, зарегистрированные при определённых условиях, что теоретически может влиять на статистику. Во-вторых, сохраняется «лазейка локальности» — фазы детекторов не были изменены с необходимым пространственным разделением.

Учёные планируют усовершенствовать установку и устранить эти недостатки. В будущем такие эксперименты могут расширить класс тестов Белла, показав, что «дальнодействие» в квантовой физике возможно и без запутанности, а значит, границы между классической и квантовой физикой могут быть устроены сложнее, чем считалось.

Подробнее