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