Установлен рекорд квантовой запутанности с самым большим числом фотонов

Физики из Института Макса Планка разработали новый эффективный метод управления квантовой запутанностью фотонов и продемонстрировали его, запутав рекордное количество фотонов. Этот метод может стать прорывом для квантовых компьютеров.

Квантовая запутанность — это явление, которое кажется невозможным. По существу, частицы могут стать настолько переплетенными, что их уже нельзя будет описать по отдельности, а изменение определенного свойства одной частицы мгновенно вызовет изменение ее запутанного партнера, независимо от того, насколько далеко они могут быть друг от друга.

Последствия этого встревожили даже самого Эйнштейна, который, как известно, описал это как «жуткое действие на расстоянии».

Как бы парадоксально это ни звучало, квантовая запутанность демонстрировалась экспериментально на протяжении десятилетий. Это явление даже лежит в основе новых коммерческих технологий, таких как квантовые компьютеры, где запутанные частицы могут использоваться в качестве квантовых битов (кубитов), которые хранят и обрабатывают информацию.

Чтобы работать лучше, необходимо создавать большие группы частиц и спутывать их вместе, но это сложно сделать. Поэтому для нового исследования физики из института Макса Планка изучили более надежный метод квантовой запутанности и использовали его для успешного запутывания 14 фотонов — самой большой группы фотонов, запутанных до сих пор.

Команда начала с одного атома рубидия, заключенного в оптический резонатор, который отражает электромагнитные волны определенным образом.

Атом поражается лазерным лучом на определенной частоте, который подготавливает атом к тому, чтобы он приобрел заданное свойство.

Затем на него направляется еще один управляющий импульс, который заставляет атом испускать фотон, запутавшийся с атомом.

Этот процесс повторяется с вращением атома между испусканием каждого фотона, пока не образуется целая цепочка фотонов, которые все запутаны друг с другом.

Такой процесс гораздо более эффективен, чем существующие методы, производя фотоны более чем в 43% случаев, или почти один фотон на каждые два лазерных импульса.

Если вы какое-то время следили за квантовыми технологиями, 14 запутанных частиц могут показаться не таким уж и большим количеством — ученым удалось запутать буквально триллионы атомов в газе в предыдущих экспериментах.

Но они не смогут использовать подобную систему для квантовой связи или компьютеров. Фотоны намного проще производить и использовать в повседневных технологиях, и эффективность этой новой техники должна быть относительно простой для масштабирования.

Имея ввиду это цель, ученые говорят, что следующим шагом будет эксперимент с использованием как минимум двух атомов в качестве источников фотонов.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.