Ученые разработали новую концепцию эксперимента, который впервые позволит проверить, как квантовая механика работает в условиях гравитации. Исследование, проведенное совместно физиками из Университета Иллинойса и Гарварда, показало, что квантовые сети — не только основа будущего квантового интернета, но и мощный инструмент для изучения самой природы реальности. Работа опубликована в журнале PRX Quantum.
Квантовые сети — это технология, которая позволяет передавать информацию между квантовыми компьютерами с помощью запутанных частиц. Это необходимо для создания защищенной связи и распределенных вычислений. Однако теперь выяснилось, что их можно использовать и для проверки фундаментальных физических теорий.
«Взаимодействие квантовой физики и гравитации — одна из главных нерешенных задач современной науки, — отметил Игорь Пиковский, один из авторов исследования. — Наше предложение — это первый реальный путь протестировать их стык в эксперименте».
В основе эксперимента — идея о том, что атомные часы, распределенные в квантовой сети, могут быть приведены в состояние суперпозиции, то есть находиться одновременно в нескольких состояниях. Но вблизи массивных тел — например, планет — течение времени замедляется из-за искривления пространства-времени (предсказание общей теории относительности Эйнштейна).
Если часы в суперпозиции будут находиться в разных точках гравитационного поля, они испытают разные «темпы времени», и это отразится на их квантовом состоянии. Таким образом, можно будет зафиксировать, как гравитация влияет на квантовые процессы.
Для реализации эксперимента команда предложила использовать передовые квантовые технологии — в частности, квантовую телепортацию и спутанные состояния атомов. Эти методы позволяют передавать квантовую информацию между удаленными узлами сети и регистрировать ее изменение под влиянием гравитации.
«Мы привыкли считать, что квантовая механика работает везде, — заключил Пиковский. — Но у нас нет прямых доказательств, что это верно в условиях искривленного пространства-времени. Теперь мы впервые можем это проверить».
