Исследователи из Линчёпингского университета в Швеции, а также их коллеги из Польши и Чили, впервые экспериментально подтвердили теорию, связывающую один из основополагающих принципов квантовой механики — принцип дополнительности — с теорией информации. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Принцип дополнительности, сформулированный Нильсом Бором в 1920-х, описывает волновые и корпускулярные свойства света и элементарных частиц. Он утверждает, что свет и частицы могут демонстрировать как волновые, так и корпускулярные характеристики, но их невозможно измерить одновременно.
В 2014 году ученые из Сингапура теоретически связали принцип дополнительности с понятием энтропийной неопределённости — степенью неизвестности информации о квантовой системе. Согласно их расчетам, сумма волновых и корпускулярных характеристик системы всегда сопровождается минимум одним битом недоступной информации.
Теперь другая команда исследователей провела эксперимент, подтверждающий эту связь. В нем использовались фотоны, движущиеся по круговой траектории, что позволило зафиксировать их поведение в различных состояниях: как волн, частиц или их комбинации.
«Наш эксперимент дает возможность напрямую наблюдать базовые принципы квантовой механики. Это не только фундаментальное исследование, но и база для практических приложений в квантовой криптографии, метрологии и коммуникации», — отметил Гильерме Б. Хавьер, один из авторов работы.
В будущем исследователи планируют использовать установку для безопасной передачи криптографических ключей, а также изучить, как изменения различных параметров влияют на поведение фотонов.
Открытие укрепляет основы квантовой теории и создаёт возможности для новых технологических решений в квантовой информатике.