Tyrėjai pasiekė kvantinį susipynimą tarp stiklo rutuliuko ir šviesos

Vaizdas: Ars Technica · Šaltinis

Mokslininkai sėkmingai susiejo pakabintą stiklo rutuliuką su lazerine šviesa optinėje ertmėje, pažymėdami svarbų kvantinės mechanikos pažangą ir atverdami galimybes kvantinės atminties taikymams.

Kvantinis susipynimas, reiškinys, kai du objektai rodo koreliuotus elgesius nepriklausomai nuo atstumo, ilgą laiką buvo suprantamas daugiausia mikroskopiniuose sistemose, tokiuose kaip fotonai. Susipynimo pritaikymas matomiems makroskopiniams objektams kėlė reikšmingų iššūkių dėl aplinkos sąveikų, kurios greitai išsklaido kvantines koreliacijas. Tačiau naujausi tyrimai parodė susipynimą tarp stiklo rutuliuko ir šviesos, kas yra pažymėtinas eksperimentinis pasiekimas.

Šiame eksperimente tyrėjai panaudojo lazerinę šviesą, kad sugaudytų ir atšaldytų mažą stiklo rutuliuką, kabantį optinėje ertmėje, suformuotoje dviejų veidrodžių. Etrmė sukuria stovinčias šviesos bangų patternus fiksuotose fazės ir dažnio pozicijose, leidžiant gerai apibrėžtą sąveiką tarp rutuliuko ir šviesos lauko, jei rutuliuko judesys yra minimalus. Šaldymas čia reiškia mažinimą rutuliuko vibracinio judesio lazerio gaudyme, pasiektą nukreipiant lazerio dažnį truputį žemiau, kad rutuliukas prarastų energiją šviesai Doplerio efekto būdu.

Siekiant sukelti susipynimą, antras lazerio spindulys su truputį aukštesniu dažniu buvo naudojamas įšildyti rutuliuko judesiui. Šaldančių ir šildančių lazerių laukų sąveika sukuria koreliacijas tarp rutuliuko svyravimų ir šviesos laukų. Kadangi dalis šviesos išeina iš ertmės, nešdama subtilius svyravimus, susijusius su rutuliuko judesiu, matuoti koreliacijas tuose ištekėjusiuose šviesos laukuose leidžia atskleisti susipynimo būseną.

Šis sudėtingas lazerio dažnių balansas ir tikslus rutuliuko judesio valdymas leido grupei pirmą kartą stebėti susipynimą tarp makroskopinio objekto – stiklo rutuliuko – ir šviesos. Tokie matavimai yra sudėtingi ir jautrūs triukšmui, todėl reikalingi pažangūs modeliai susipynimo būsenoms patikimai atskirti.

Be fundamentalios fizikos reikšmės, šis mechaninės ir šviesos susipynimo sistema siūlo perspektyvias taikymo galimybes. Kvantinės komunikacijos srityje fotonai yra pagrindiniai informacijos nešėjai, bet kvantinės informacijos, koduotos šviesoje, saugojimas dažnai kelia sunkumų. Mechaninė sistema, kaip stiklo rutuliukas, gali veikti kaip lokalizuota kvantinė atmintis, kurios savybės gali būti reguliuojamos dirbtiniu dizainu.

Šis pasiekimas ne tik pabrėžia kvantinės mechanikos universalumą, bet ir atveria naujus kelius, kaip panaudoti kvantinius reiškinius dirbtinėse sistemose, galimai pažengiant kvantinių technologijų srityse, tokiose kaip komunikacija ir skaičiavimas.

▶ An experimental tour-de-force: Entanglement between glass bead and light — Žiūrėti vaizdo įrašą ↗