Квантовото заплитане се използва за измерване на въртенето на Земята за първи път

Група физици успяха да измерят въртенето на Земята с помощта на фотони – частици светлина – които са преживели странен квантов феномен, наречен заплитане. Това им позволява да увеличат точността на измерването с 1000 пъти и могат да се използват за изследване на фундаментални въпроси на физиката.

Сигурно се чудите защо това не е било използвано преди. Отговорът е, че квантовото заплитане е много деликатно състояние. Две частици се заплитат и изведнъж принадлежат към едно състояние. Без значение колко далеч са те, взаимодействието с единия ще повлияе на другия – но състоянието може да бъде нарушено и всички молекули да се върнат офлайн.

Има начин за измерване на въртенето със светлина с помощта на инструмент, наречен интерферометър Sagnac. Светлината се изпраща през пръстен в противоположни посоки и поради въртенето на системата едната страна ще се върне към началото по различно време. Ако въпросната светлина беше двойка заплетени фотони, движещи се в противоположни посоки, би се случило нещо много странно. Това е като изпращане на една и съща светлина в двете посоки едновременно и забавянето във времето между двете се удвоява.

За да се възползват от това свойство, наречено супер разделителна способност, изследователи от Университета на Виена изпратиха заплетени фотони през оптично влакно с дължина 2 километра (1,24 мили), организирано в пръстен. Те успяха да поддържат шума на системата нисък и стабилен в продължение на няколко часа, позволявайки на заплетените фотони да оцелеят при пътуването през нея.

Такова устройство е предназначено за ефективно измерване на въртенето, а източникът на въртене се намира под краката ни. Земята. И накрая, това устройство повишава квантовата механика до ниво на чувствителност, което преди е било постигано само с помощта на стандартна незаплетена светлина.

„Това представлява значимо събитие за един век от първото наблюдение на въртенето на Земята със светлина, при което заплитането на отделни кванти светлина най-накрая влезе в същите сензорни системи“, казва съавторът Хаокун Ю, който работи върху този експеримент като Мари . – Кори, постдокторант, каза в A изявление.

Но всъщност измерването на въртенето на Земята не беше целта на това устройство. Интерферометърът Sagnac е проектиран като средство за точно измерване на въртенето на системи, независими от въртенето на Земята. Поради тази причина екипът трябваше да намери начин да изолира въртенето, причинено от това, че е на въртяща се планета.

„Същността на въпроса е да установим референтна точка за нашите измервания, където светлината остава незасегната от влиянието на въртенето на Земята, тъй като не можем да спрем… [Earth] „От въртенето измислихме алтернативно решение: разделяне на оптичното влакно на две намотки с еднаква дължина и свързването им чрез оптичен превключвател“, обясни водещият автор Рафаеле Силвестри.

Това решение, което по същество има превключвател на устройството, им позволява да отменят сигнала за въртене на Земята. „По същество сме подмамили светлината да мисли, че съществува в невъртяща се вселена“, продължи Силвестри.

Това постижение е първата стъпка към нов начин за измерване на въртенето, и не само това; Изследователите имат големи очаквания за потенциални бъдещи приложения.

Водещият автор Филип Валтер добави: „Вярвам, че нашите резултати и методология ще проправят пътя за по-нататъшни подобрения в чувствителността към въртене на сензори, базирани на заплитане. Това може да отвори пътя за бъдещи експерименти, тестващи поведението на квантовото заплитане чрез криви пространство-време. “ .

Изследването е публикувано в сп Напредък на науката.