Физики создали в космосе кота Шредингера

Группа физиков под руководством Пауло Виллореси (Paolo Villoresi) из Падуанского университета в Италии создала аналог модели кота Шредингера из фотонов, запущенных в космос. Этим ученые доказали возможность использования спутников для передачи зашифрованных сообщений на основе квантовой механики.

Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Интерференция — это физическое явление, которое происходит при наложении друг на друга нескольких волн. В случае со светом эти волны являются электромагнитными, и их интерференция приводит к перераспределению интенсивности света. Так как свет распространяется с помощью элементарных частиц — фотонов, то интерференция, иными словами, приводит к усилению или уменьшению вероятности того, что фотон окажется в определенном пространстве в определенное время. При этом фотон способен интерферировать сам с собой, словно бы распадаясь на два отдельных взаимодействующих друг с другом состояния.

Интерференцию фотонов ранее наблюдали в лабораторных условиях, однако, по словам авторов опубликованной статьи, квантовые явления справедливы для тех условий, в которых они были экспериментально подтверждены. Поэтому задача физиков заключалась в том, чтобы наблюдать квантовую интерференцию фотонов на огромных расстояниях, ранее не использовавшихся в исследованиях. Для этого физики послали пучок света с телескопа, расположенного в обсерватории лазерной телеметрии в Матере (MLRO), к орбитальному спутнику, снабженному отражателями.

Для создания квантовой интерференции ученые разделили фотоны на две части, каждая из которых является своего рода альтернативным состоянием существования фотона. Известной моделью одновременного существования двух состояний является кот Шредингера, представляющий собой суперпозицию — смешение состояния живого и мертвого кота в одно и то же время. В случае эксперимента фотон являлся суперпозицией двух «пакетов» — альтернативных фотонов, проходивших через сложную оптическую установку с запаздыванием в миллиардные доли секунды.

Фотонные пакеты отскочили от отражателя спутника и вернулись обратно в оптическую систему обсерватории, где ученые могли наблюдать за квантовой интерференцией. Общее расстояние пробега фотонов составило беспрецедентные пять тысяч километров. Из-за относительной скорости спутника в интерференционной картине возникали изменения, которые подтверждали теоретические расчеты.

Ученые считают, что их работа доказывает возможность технологии квантовой криптографии с использованием спутников, которая позволит отправлять через космические каналы ключи шифрования для кодирования секретной информации.