Вчені встановили рекорд, заплутавши на квантовому рівні одночасно 100 тисяч фотонів
Вченим вперше вдалося отримати, зареєструвати і порахувати одночасно 100 тисяч фотонів світла, заплутаних на квантовому рівні. Це рекордна кількість у багато разів перевищила попереднє подібне досягнення, яке становило спочатку всього 8, а потім 12 заплутаних фотонів. Така технологія реєстрації і підрахунку "тонкої" квантової зв'язку між багатьма фотонами світла може виявитися дуже корисною для безпечного розподілу ключів шифрування, використовуються в системах захищених оптичних комунікацій.
Слід нагадати, що заплутані фотони розділяють одне загальне квантовий стан. Таким чином, зміна квантового стану одного із заплутаних фотонів тягне за собою синхронне зміна стану та інших заплутаних фотонів, незалежно від відстані, що розділяє їх у фізичному світі.
Виявлення явища квантової заплутаності зазвичай полягає у вимірюванні ідентичності одночасному виявленні фотонів, що знаходяться в одному і тому самому квантовому стані в різних точках простору. Використовувався раніше метод вимірювання міг успішно працювати лише з невеликою кількістю фотонів, що зумовило мала кількість заплутаних фотонів, виявлених раніше, хоча фактично їх могло бути значно більше. Але коли справа доходить до великої кількості фотонів, то чутливості найкращих датчиків стає недостатньо для розрізнення заплутаних і незапутанных частинок.
"Коли ви починаєте оперувати великою кількістю фотонів, ви потребуєте абсолютно новою методикою вимірювань" - розповідає Марія Чехова, вчений з Інституту вивчення світла Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) в Ерлангені, Німеччина. Новий метод, про який згадала Чехова, полягає у визначенні, оброблять чи фотони одну і ту ж поляризацію при певних умовах. Команда Чехової реалізувала на практиці цей метод і провела експеримент, який продемонстрував працездатність нового методу вимірювання.
Дослідники "стріляли" короткими імпульсами лазерного світла через пристрій, зване поляризирующим роздільником променя (polarising beam splitter), яке з одного променя робить два променя світла з різною поляризацією фотонів. Отримані два променя пропустили крізь кристал барію для того, що б змінити довжину хвилі фотонів, зберігши при цьому їх поляризацію. Після такої операції промені були знову об'єднані в один промінь, імпульс якого містив близько 100 тисяч фотонів.
Отриманий короткий промінь був знову розділений на два промені з різною поляризацією після чого з допомогою чутливих датчиків було підраховано кількість фотонів в кожному промені і були виміряні відмінності в їх поляризації. Не вдаючись сильно в фізико-математичні нетрі, можна сказати, що отримані фізиками дані вказали на те, що всі виміряні фотони були заплутані на квантовому рівні та їх поділяється квантовим станом була їх поляризація.
Крістоф Симон, вчений з університету Калгарі в Канаді, вказує, що стрибок від десятків заплутаних фотонів до 100 тисяч не є настільки істотним, як це звучить. Фотони, які брали участь у попередній "рекорд" поділяли суперпозицію двох квантових станів, в той час, як фотони у Чехової розділили приблизно мільйон квантових станів, роблячи саму природу квантової заплутаності дуже складною і сильно відрізняється від початкового варіанта. "Потрібно бути дуже обережним, порівнюючи два експерименту" - стверджує Крістоф Симон.
Але, незважаючи на такий скептицизм, робота, виконана Марією Чехової та її командою, може мати дуже важливе значення для подальшого розвитку квантової області в цілому. Вона може вплинути на розробку майбутніх квантових комп'ютерів, напевно торкнеться область захищених квантових комунікацій та інші області, де використовується явище квантової заплутаності частинок.