Фейнмановский интеграл по траекториям — это один из краеугольных камней современной теоретической физики. Он лежит в основе квантовой электродинамики, физики частиц и теории конденсированного состояния, но до сих пор оставался чисто символической конструкцией: ученые верили, что он работает, потому что построенные на нем теории давали точные предсказания. Никто никогда не проверял его напрямую.
Исследователи из Южно-Китайского педагогического университета решили восполнить этот пробел. Они отправили одиночные фотоны через лабиринт из микрозеркал, линз и кристаллов и измерили так называемый пропагатор — величину, которая описывает, как квантовое состояние фотона меняется при перемещении между двумя точками. Измерив пять последовательных пропагаторов для одного фотона и перемножив их, ученые восстановили интеграл по траекториям из экспериментальных данных.
В расчеты вошло 1 419 857 различных траекторий — все они были подставлены в формулу Фейнмана, и предсказание точно совпало с реальным поведением фотона.
Точность эксперимента поразила даже независимых экспертов. Йорг Гётте из Университета Глазго подчеркнул, что, поскольку траекторию фотона невозможно проследить напрямую, работа демонстрирует высочайший уровень квантовых измерений и управления. Если бы результат оказался иным, «вся основа квантовых вычислений с использованием интеграла по траекториям рухнула бы», цитирует его слова New Scientist.
Команда планирует адаптировать свою методику для других квантовых систем, что позволит, например, измерять, как суммируются траектории при прохождении фотонов через материалы, а не через воздух — и тем самым заглянуть еще глубже в природу квантовой реальности.
Спринклерный ороситель разбрызгивает воду, вращаясь под действием струй, выходящих из розетки под углом. Но что произойдет, если вода будет не выходить из спринклера, а входить в него? В каком направлении будет вращаться розетка и будет ли вообще? Таким вопросом задался физик Ричард Фейнман в 40-е годы прошлого века. В 2024 году математики, наконец, смогли предложить решение этой, как оказалось, непростой проблемы.
