
Физики из Университета Базеля и Национального Университета Сингапура продемонстрировали нарушение многочастичных неравенств Белла для крупной системы сжатых спинов, состоящей из 480 атомов рубидия. Ранее были известны аналогичные эксперименты лишь с десятками частиц. По словам авторов, эксперимент показывает, что крупные коррелированные системы можно использовать для работы с квантовой информацией наравне. Одно из их возможных приложений — эффективная генерация случайных величин. Исследование опубликовано в журнале Science, также доступен препринт работы.Неравенства Белла, в простейшем случае, представляют собой ограничение на связь между результатами двух измерений, проводимых в разных точках пространства. Они порождены принципом локальности, запрещающим одной системе моментально влиять на физическую реальность другой системы. Проиллюстрировать их работы можно на примере измерений квантовых свойств двух частиц, к примеру, поляризации фотонов или спинов фермионов. В одном из мысленных экспериментов неравенства Белла указывают на то, что измеряя разные проекции поляризации у двух частиц, рожденных в одном процессе, мы получим совпадения экспериментов как минимум в трети случаев. На практике же совпадения наблюдаются лишь в 25 процентах измерений. Это указывает на то, что состояния частиц скоррелированы сильнее, чем это можно объяснить «договоренностью» о поведении в экспериментах (внутренними параметрами). Это пример нарушения принципа локальности, при котором состояние одной частицы может моментально влиять на исход измерения свойств другой частицы.Физики-теоретики расширили неравенства Белла и на многочастичный случай — когда скоррелированными оказываются сразу много частиц. Такие системы ближе к макроскопическому миру, однако до сих пор нарушения локальности и белловские корреляции удавалось обнаружить лишь в системах из 14 ионов, четырех фотонов, пар атомов и пар кубитов. Одна из сложностей поиска таких связей состоит в том, что экспериментаторы измеряют глобальные свойства систем и их необходимо каким-то способом перенести на свойства компонентов системы.В новой работе ученые значительно увеличили количество частиц в исследуемой системе. Авторы поймали в магнитную ловушку около полутысячи холодных атомов рубидия, после чего, с помощью лазера сформировали в них особое спиновое сжатое состояние. В этом состоянии направление «оси вращения» частицы может колебаться лишь внутри очень вытянутого эллипса (обычно спины описывают окружности в магнитном поле). Затем атомам позволили сталкиваться друг с другом — это влияло на их внутренние состояния и именно так рождалась «квантовая связь» между частицами. После этого, опять таки с помощью лазерных импульсов физики измеряли коллективный спин системы.
