Двое синхронных пловцов ныряют в море. Один попадает в штиль, другой — в водоворот. Их движения, идеально согласованные на старте, расходятся. Примерно так же ведут себя две квантовые частицы, когда одна движется в плоском пространстве, а другая — в искривлённом. Александр Фридман первым показал, что пространство может расширяться; теперь физики изучают, как его кривизна влияет на самые тонкие квантовые эффекты.
В новой работе учёные снабдили каждую частицу воображаемыми квантовыми часами — внутренним механизмом, который отсчитывает время, проведённое в заданной области. Они вычислили, как коррелируют (согласуются) показания этих часов для двух частиц: независимых и запутанных (связанных общей судьбой даже на расстоянии). Оказалось, что кривизна действует как невидимая пружина, сжимающая или растягивающая ритм каждого «тика». В плоском мире корреляции подчиняются классическому пределу, но в искривлённом — для запутанных частиц — этот предел можно превзойти.
Авторы предложили превратить этот эффект в эксперимент наподобие теста Джона Белла. Если в плоском пространстве настроить установку так, чтобы она едва дотягивала до классической границы, то в искривлённом та же установка её пробьёт. Искривление выступает как неучтённый «игрок», меняющий правила. Расчёты проводились для двумерного искривлённого фона, где приливные силы создают подобие гармонической ловушки (как если бы частицы качались на невидимых качелях). Так рождается новая идея: использовать запутанные квантовые часы как чувствительный инструмент для измерения кривизны пространства-времени.
Вернёмся к нашим пловцам. Тот, что попал в водоворот, движется по закрученной траектории, и его ритм гребков сбивается. Но теперь мы знаем: если бы пловцы были запутаны на квантовом уровне, искажения ритма одного мгновенно отозвались бы на другом. Именно эту сверхчувствительную связь физики надеются приручить, чтобы улавливать изгибы пространства там, где они сильнее всего, — например, вблизи чёрных дыр.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.05715
Building on the framework developed by Perche [Phys. Rev. D 106, 025018 (2022)], we study two localized nonrelativistic quantum particles propagating along timelike geodesics in a curved spacetime background. Each particle is coupled to a quantum clock that operationally records the time spent in a prescribed spatial region. We compute the covariance of the resulting time observables for separable and entangled two-particle states, comparing flat and curved backgrounds. We then reformulate the protocol as a Bell-like experiment and show that the Bell parameter can acquire a curvature-induced correction. In particular, a protocol calibrated to saturate the classical bound in flat spacetime can be driven above this bound in curved spacetime for entangled states. We focus on two-dimensional curved backgrounds in which the local tidal term induces an effective harmonic potential in the Fermi-frame description. Our results show that spacetime curvature can modify operationally defined quantum correlations and suggest entangled quantum clocks as probes of spacetime curvature.
Квантовая запутанность настолько сильна, что изменение состояния одной частицы мгновенно отзывается на другой — даже если их разделяют миллиарды световых лет. Эйнштейн называл это «жутким дальнодействием».
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетяне отправляют людям чертежи машины, использующей кротовые норы — тоннели в искривлённом пространстве-времени. Запутанные квантовые часы могли бы стать первым шагом к обнаружению подобных структур.