Как получить квантово запутанные частицы, разнесённые в пространстве



Физики из Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана (Германия) нашли удобный способ достижения квантовой запутанности спинов атомов, разнесённых в пространстве.

Методики запутывания систем, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, пригодятся при построении протяжённых сетей квантовой связи и планировании сложных фундаментальных экспериментов — к примеру, опытов по проверке неравенств Белла. В известных проверочных схемах, как мы уже рассказывали, имеются различные «лазейки», которые могут свести значимость полученных результатов к нулю. Рассматривая способы борьбы с этим, теоретики заключили, что закрыть абсолютно все лазейки позволяет именно «дистанционное запутывание» ионов, разнесённых на ~10 км.

О работе на таких дистанциях физики пока могут только мечтать.

В нашем случае расстояние, разделявшее захваченные в дипольные ловушки атомы рубидия 87^Rb, составляло всего 20 метров, хотя они и находились в разных лабораториях.



Единичные атомы как узлы сети квантовой связи (иллюстрация Andreas Neuzner, MPQ).

Эксперимент начинался с того, что атомы переводились в возбуждённое состояние. Состояние поляризации испускаемых вслед за этим одиночных фотонов, попадавших в оптоволокно, запутывалось со спином 87Rb. Фотоны от разных атомов затем направлялись на оптоволоконный светоделитель, за которым располагались ещё несколько оптических элементов и четыре лавинных фотодиода. Если определённые пары фотодиодов одновременно (точнее, в некотором узком временнóм окне) регистрировали приход квантов света, учёные могли утверждать, что спины атомов были введены в запутанное состояние.

Описанная методика, как видим, имеет одну особенность, очень важную с практической точки зрения: получение искомого состояния спинов в ней сопровождается сигналом от фотодетекторов. Кроме того, она позволяет поддерживать довольно высокую частоту создания запутанных состояний атомов в 1/106 с–1.

По словам авторов, увеличить расстояние между атомами до нескольких сотен метров не составит труда. Запутанные частицы, столь сильно удалённые друг от друга, можно считать готовой основой квантового повторителя — ключевого элемента системы квантовой связи.

Отчёт об экспериментах с рубидием опубликован в последнем номере журнала Science.

Источник

«Счастье дается только знающим. Чем больше знает человек, тем резче, тем сильнее он видит поэзию земли там, где ее никогда не найдет человек, обладающий скудными знаниями»

Константин Паустовский