Квантовый компьютер использовали для подтверждения теории относительности
Изображение: Hartmut Haeffner
Физики из США, Японии и России с помощью квантового компьютера получили очередное подтверждение специальной теории относительности (СТО). Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Калифорнийского университета в Беркли.
В своих опытах ученые использовали кубиты — квантовые обобщения классических битов, применяемые в квантовых компьютерах. В отличие от классических битов, в кубитах переменная может принимать не только два значения 0 и 1, но и любое другое, определяемое суперпозицией базовых состояний (0 и 1).
Ученые попробовали проверить изотропность пространства (отсутствие выделенных направлений в нем). Для этого физики в вакуумной камере перепутали пару кубитов на основе ионов кальция, а затем следили за тем, каким образом вращение Земли вокруг своей оси оказывает влияние на энергетические уровни электронов в ионах, находящихся в магнитном поле. Оказалось, что никакого влияния на перепутанные кубиты вращение Земли не оказывает.
Точность измерений ученых примерно в сто раз превысила предыдущие опыты с электронами и в пять раз — эксперименты типа Майкельсона-Морли, проводимые со светом. В следующих опытах ученые собираются использовать вместо кальция иттербий. Ожидается, что это повысит точность измерений в десять тысяч раз.
Квантовая запутанность проявляется тогда, когда свойства объектов, первоначально связанных между собой, оказываются скоррелированными даже при их разнесении на расстояние между собой: изменение свойств одного объекта при отдалении от других из системы сказывается на свойствах остальных.
СТО, разработанная к 1905 году Альбертом Эйнштейном и Анри Пуанкаре, вводит независимость физических законов от выбора инерциальной (двигающейся с постоянной скоростью) системы отсчета и вводит предельную скорость распространения сигнала (скорость света). Математически законы СТО выражаются преобразованиями Лоренца, которые можно вывести из условия неизменности так называемого интервала в пространстве Минковского, связывающего пространственные и временные координаты частицы.
Опыты Майкельсона (или Майкельсона-Морли) позволяют подтвердить независимость скорости света от выбора системы отсчета. Классический опыт предполагает, что из-за движения платформы, на которой расположены источники света, фотоны могут достичь цели в разное время в зависимости от характера движения такой платформы. Эксперименты показали, что на движение света перемещения платформы (или вращение Земли) не оказывают никакого влияния.
