148
Квантова заплутаність частинок тепер є усталеним мистецтвом. Ви берете дві або більше невиміряних частинок і співвідносите їх таким чином, що їхні властивості розмиваються та віддзеркалюють одна одну. Виміряйте одне й відповідні властивості іншого фіксуються на місці миттєво, навіть якщо вони розділені великою відстанню. У новому дослідженні фізики придумали сміливий спосіб змінити це, сплутавши дві частинки дуже різних видів – одиницю світла або фотон із фононом, квантовим еквівалентом звукової хвилі.
Фізики Чанлонг Чжу, Клаудіу Генес і Біргіт Стіллер з Інституту науки про світло імені Макса Планка в Німеччині назвали запропоновану ними нову систему оптико-акустичної заплутаністю.
Це гібридна система, що використовує дві дуже різні фундаментальні частинки, встановлюючи форму заплутування, яка унікально стійка до зовнішнього шуму, що є однією з найбільших проблем, з якими стикається квантова технологія, що робить її значним кроком до більш надійних квантових пристроїв.
Квантова заплутаність має перспективні застосування для високошвидкісної квантової комунікації та квантових обчислень. Унікальна фізика, яка визначає ізольовані та заплутані частинки до та після їх вимірювання, робить їх ідеальними для різноманітних цілей, від шифрування до високошвидкісних алгоритмів. Але делікатний квантовий стан, необхідний для цих процесів, можна легко зламати, проблема, яка обмежила його реалізацію в практичних застосуваннях.
Вчені працюють над вирішенням цієї проблеми, маючи кілька перспективних шляхів. Вища розмірність зменшує вплив негативного шуму, як і додавання більшої кількості частинок до заплутаної системи. Цілком імовірно, що дієве рішення включатиме більше одного шляху, тому чим більше варіантів у нас є, тим більша ймовірність того, що буде знайдено правильну комбінацію. Шлях, який Чжу та його колеги досліджували, передбачав поєднання фотонів не з іншими фотонами, а з «частинкою» зовсім іншого поширення: звуку. Це досить складно досягти, оскільки фотони та фонони рухаються з різними швидкостями та мають різні рівні енергії.
Дослідники показали, як частинки можуть бути заплутані, використовуючи процес, званий розсіюванням Бріллюена, за допомогою якого світло розсіюється хвилями звукових коливань, створюваних теплом, між атомами в матеріалі. У запропонованій ними твердотільній системі дослідники передають лазерне світло та акустичні хвилі в вбудований у кристал твердотільний хвилевід з активним Бріллюеном, призначений для індукування бріллюенівського розсіювання. Коли два кванти рухаються вздовж однієї фотонної структури, фонон рухається зі значно меншою швидкістю, що призводить до розсіювання, яке може заплутувати частинки, які несуть різко різні рівні енергії.
Що робить це ще більш цікавим, так це те, що цього можна досягти при більш високих температурах, ніж стандартні підходи до заплутування, виводячи заплутування поза кріогенну зону та потенційно зменшуючи потребу у дорогому спеціалізованому обладнанні. Це потребує подальших досліджень і експериментів, але це багатообіцяючий результат, кажуть дослідники.
«Той факт, що система працює у великій смузі як оптичних, так і акустичних режимів, — пишуть вони, — відкриває нову перспективу зв’язування з безперервними режимами з великим потенціалом для застосувань у квантових обчисленнях, квантовій пам’яті, квантовій метрології, квантовій телепортації, квантовий зв’язок за допомогою заплутування та дослідження межі між класичним і квантові світи ». Дослідження опубліковано в Physical Review Letters.
