Учёные нашли ключ к разгадке связи гравитации и квантового мира

Одна из главных загадок современной физики - подчиняется ли гравитация законам квантовой механики.

Чтобы приблизиться к ответу, международная группа исследователей предложила необычный эксперимент и разработала метод усиления квантовой суперпозиции положения зеркал.

Ученые нашли способ усилить квантовую суперпозицию положения зеркала в резонаторной оптомеханической системе. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research.

Суть подхода - в создании состояния со сжатием импульса в подвижных зеркалах внутри резонаторной оптомеханической системы.
Проще говоря, это значит, что ученые добиваются высокой точности одного параметра зеркала (например, его скорости), за счет чего другой параметр (положение в пространстве) становится более размытым.

Благодаря этому эффекту зеркало может существовать в состоянии квантовой суперпозиции, то есть находиться сразу в нескольких точках обширной области пространства одновременно.

В такой установке движением зеркала управляют с высокой точностью с помощью лазерного излучения, запертого в оптическом резонаторе - специальной камере, где свет многократно отражается между зеркалами. Чтобы сделать квантовые эффекты заметными, исследователи снижают тепловой шум - хаотичные движения молекул, мешающие наблюдениям, - путем охлаждения объектов до квантового основного состояния (то есть до температуры, близкой к абсолютному нулю, что практически останавливает тепловое движение) и применения оптической квантовой фильтрации - метода снижения случайных помех в сигнале.

" Мы продемонстрировали, что использование этого состояния со сжатием импульса значительно расширяет квантовую суперпозицию положения зеркала, тем самым значительно усиливая сигнал квантовой запутанности, возникающей в результате гравитации. Это новая стратегия, которая будет полезна для будущих экспериментов по проверке квантовой природы гравитации"

Кадзухиро Ямамото
Сотрудник Научно-исследовательского института квантовых явлений и пространства-времени университета Кюсю.

Если расположить два таких зеркала близко друг к другу, их гравитационное взаимодействие может усилить сигналы запутанности. Авторы отмечают, что необходимые усилия достижимы с помощью современных технологий - особенно в средах с низким уровнем шума (при экстремально низких температурах, в высоком вакууме или космосе). Успех будущих экспериментов станет прямым доказательством квантовой природы гравитации.

via