Учёные добились квантовой запутанности без запутанных частиц

Четырёхфотонная установка. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr1794

В привычном нам мире объекты подчиняются законам классической физики, где ничто не может двигаться быстрее скорости света — даже информация. Однако в 1930-х годах учёные обнаружили, что на квантовом уровне частицы ведут себя иначе. Одно из самых загадочных явлений — квантовая запутанность, которую Альберт Эйнштейн называл «жутким дальнодействием».

При квантовой запутанности две частицы оказываются связаны: их свойства коррелируют, и измерение одного мгновенно влияет на состояние другого, даже если они находятся на огромном расстоянии. Это противоречит классической физике, поскольку информация, казалось бы, передаётся быстрее света.

До недавнего времени считалось, что такое «нелокальное» поведение возможно только у запутанных частиц. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, опровергает это. Учёные использовали неравенство Белла, чтобы проверить, могут ли квантовые корреляции возникать без запутанности.

Совпадения четырёх фотонов при разных фазах 𝜶 и β. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr1794

Эксперимент основан на генерации фотонов с помощью лазера и специального кристалла, где невозможно определить их источник. Частицы не запутывались до детектирования, но результаты показали нарушение неравенства Белла с превышением порога на четыре стандартных отклонения. Это первое подобное наблюдение для незапутанных фотонов.

Авторы объясняют феномен «квантовой неразличимости по тождеству путей» — свойством, альтернативным запутанности. «Наша работа связывает квантовые корреляции с неразличимостью, раскрывая природу парадоксальных квантовых явлений», — пишут исследователи.

Хотя открытие революционно, в методике остаются вопросы. Например, используется пост-селекция (анализ только части данных), что может искажать результаты. Также есть «лазейка локальности» из-за недостаточной изоляции детекторов. Учёные признают ограничения, но планируют усовершенствовать эксперимент.

«Мы ожидаем, что будущие улучшения аппаратуры исключат эти лазейки, как это произошло за 90 лет исследований запутанных частиц. Кроме того, наша работа может привести к новым экспериментам, например, в разработке тестов Белла», — заключают авторы.

Исследование провела группа под руководством Кая Вана. Подробности доступны в статье: Kai Wang et al, Violation of Bell inequality with unentangled photons, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr1794.

Интересный факт: Квантовая запутанность уже используется в квантовой криптографии и квантовых компьютерах. Новое открытие может расширить сферу применения, например, в создании сверхзащищённых сетей связи.