783
Фізики вперше продемонстрували стійку квантову заплутаність між рухом левітуючої скляної наночастинки та світлом за кімнатної температури. До цього подібні експерименти часто вимагали складного кріогенного охолодження. Нова робота показує, що механічний об’єкт із десятками мільйонів атомів можна зв’язати зі світловим полем у спільний квантовий стан без охолодження всієї установки до наднизьких температур.
Експеримент провела міжнародна команда під керівництвом Франческо Маріна з Флорентійського університету, а результати опублікували в журналі Science. У центрі установки була скляна наносфера діаметром приблизно 100 нанометрів. Хоча це дуже маленький об’єкт, він уже значно більший за окрему молекулу й містить десятки мільйонів атомів.
Частинку утримували світлом у вакуумі
Наносферу левітували за допомогою оптичного пінцета — сфокусованого лазерного променя, тиск якого здатен утримувати крихітні об’єкти без механічного контакту. Відсутність опори є критично важливою: будь-який контакт із поверхнею швидко передавав би частинці теплові коливання й руйнував крихкий квантовий стан.
Головною проблемою залишалося саме тепло. Світло, потрібне для створення взаємодії, одночасно може нагрівати частинку. Щоб обійти це обмеження, дослідники створили двоколірний оптичний пінцет із двома лазерами, що виконували різні ролі.
Перший лазер охолоджував і стабілізував механічні коливання наносфери, наближаючи її рух до квантового основного стану. Другий використовували для створення заплутаності між рухом частинки й властивостями світла.
Рух і світло вже не можна було описати окремо
У результаті положення та імпульс наносфери виявилися пов’язаними зі світловими квадратурами настільки сильно, що система перестала підкорятися опису як два незалежні класичні об’єкти.
Аналіз світла, що виходило з оптичного резонатора, показав кореляції, які перевищували межу класичного пояснення й підтверджували справжню квантову заплутаність.
Навіщо потрібен такий «міст»
Левітуюча частинка може стати проміжною ланкою між механічними квантовими системами та фотонами, які добре підходять для передавання інформації на відстань. Оскільки заплутане світло може залишати пастку й рухатися далі, у майбутньому його можна використовувати як канал між різними квантовими пристроями.
Метод також цікавий для надчутливих сенсорів і фундаментальних експериментів, у яких потрібно перевіряти межу між квантовою та класичною поведінкою. Водночас відкриття не означає створення готового квантового комп’ютера чи миттєвого зв’язку: системі ще потрібні стабільність, довший час збереження стану та можливість масштабування.
