Недавний эксперимент МТИ представил одну из самых чистых и элегантных демонстраций основного квантового принципа, вновь обратившись к знаменитому эксперименту с двумя щелями и историческим дебатам между Эйнштейном и Бором. Целью было не доказать, что Эйнштейн был «неправ», а уточнить наше понимание самого измерения.
Полученные данные подтверждают основополагающую концепцию: акт наблюдения не является пассивным. Получение информации об одном свойстве квантовой системы, например, о пути фотона, напрямую влияет на другое свойство, например, на его волнообразную природу, и даже стирает его.
Классические дебаты: Можно ли увидеть обе стороны?
Почти столетие эксперимент с двумя щелями был краеугольным камнем для демонстрации квантовой двойственности — идеи о том, что свет и материя могут вести себя как частицы, так и волны. Центральные дебаты между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором вращались вокруг этого. Эйнштейн предложил мысленный эксперимент, в котором можно было бы теоретически обнаружить, через какую из двух щелей прошел фотон, измеряя крошечную отдачу щели, одновременно наблюдая интерференционную картину волны на экране позади нее. Он считал, что обе реальности могут быть зафиксированы одновременно.
Бор возражал, используя принцип неопределенности, что измерение, необходимое для обнаружения отдачи, было бы достаточно разрушительным, чтобы уничтожить интерференционную картину. Вы могли бы знать путь (частицу) или видеть интерференцию (волну), но не то и другое одновременно.
От щелей к атомам: Современный подход
Команда МТИ разработала «идеализированную» версию этого эксперимента, сведя его к квантовым основам:
- Отдельные атомы в качестве щелей: Вместо физических щелей в эксперименте использовалась решетка из более чем 10 000 ультрахолодных атомов, каждый из которых действовал как независимая, изолированная «щель».
- Контролируемое наблюдение: Регулируя лазерную ловушку, удерживающую каждый атом, исследователи могли контролировать пространственную определенность, или «размытость», атома. Более «размытый» атом легче «растревожить» проходящим фотоном, что, в свою очередь, раскрывает больше информации о пути фотона.
- Измерение информации против интерференции: Команда обнаружила прямую, количественно измеримую зависимость. Чем больше информации они могли получить о частицеподобном пути фотона (наблюдая, какой атом был растревожен), тем больше уменьшалась интерференционная картина волны. Когда путь был известен, волновое поведение исчезало, как и предсказывал Бор.
Важно отметить, что эксперимент продемонстрировал, что этот эффект сохраняется даже без «пружин» из мысленного эксперимента Эйнштейна. Феномен не является механическим; это фундаментальное следствие квантовой корреляции между наблюдателем (атомом) и наблюдаемым (фотоном).
Почему это все еще важно
Этот эксперимент дает глубокое разъяснение эффекта наблюдателя. Он показывает, что важно количество полученной информации. Простой факт регистрации системой того, по какому пути прошел фотон, достаточен для коллапса его волновой функции. Это мощное напоминание о том, что в квантовой механике — и, возможно, в других сложных системах — вы не можете измерить состояние, не изменив его.
Для тех из нас, кто строит системы, особенно в ИИ, это знакомая концепция в другом масштабе. То, как мы запрашиваем модель или собираем данные, влияет на результат. Этот эксперимент элегантно демонстрирует, что этот принцип вплетен в саму ткань реальности.