Pētnieki Sasnieguši Kvantu Sapīšanos Starp Stikla Pērli un Gaismu

Attēls: Ars Technica · Avots

Zinātnieki veiksmīgi sapinuši optiskā rezonatorā karājošu stikla pērli ar lāzera gaismu, nozīmīgi progress kvantu mehānikā, kas atver durvis kvantu atmiņas pielietojumiem.

Kvantu sapīšanās, fenomens, kurā divi objekti uzrāda korelētus uzvedības modeļus neatkarīgi no attāluma, ir ilgi saprasts galvenokārt mikroskopiskās sistēmās, piemēram, fotonos. Sapīšanās izplatīšana uz redzamiem makroskopiskiem objektiem sagādā būtiskas grūtības vides mijiedarbības dēļ, kas ātri izkliedē kvantu korelācijas. Tomēr nesenie pētījumi ir parādījuši sapīšanos starp stikla pērli un gaismu, kas ir ievērojams eksperimentāls sasniegums.

Šajā eksperimentā pētnieki izmantoja lāzera gaismu, lai notvertu un atdzesētu mazu stikla pērli, kas karājās optiskā rezonatorā, ko veido divi spoguļi. Rezonators rada stāvviļņu gaismas rakstus ar fiksētu fāzi un frekvenci, ļaujot precīzi definētu mijiedarbību starp pērli un gaismas lauku, ja pērles kustība ir minimāla. Atdzesēšana šeit nozīmē pērles vibrāciju samazināšanu lāzera tvertnē, panākot lāzera nedaudz zemākas frekvences iestatīšanu, lai pērle zaudētu enerģiju gaismai, izmantojot Doplera efektu.

Lai izraisītu sapīšanos, tika izmantota otra lāzera stara ar nedaudz augstāku frekvenci, kas injicēja enerģiju atpakaļ pērles kustībā. Sadarbība starp atdzesēšanas un sildīšanas lāzera laukiem rada korelācijas starp pērles vibrācijām un gaismas laukiem. Tā kā daļa gaismas iziet no rezonatora, nesot niansētas svārstības, kas saistītas ar pērles kustību, šo noplūdušo gaismas lauku korelāciju mērījumi atklāj sapīšanas stāvokli.

Šī sarežģītā lāzera frekvenču līdzsvara un precīzas pērles kustības kontroles dēļ zinātnieku grupa pirmo reizi novēroja sapīšanos starp makroskopisku objektu – stikla pērli – un gaismu. Šādi mērījumi ir sarežģīti un jutīgi pret traucējumiem, prasot izsmalcinātus modeļus, lai pārliecinoši atšķirtu sapinušos stāvokļus.

Pārvarot pamatfizikas jomu, šī mehāniskās un gaismas sapīšanās sistēma piedāvā daudzsološas pielietojuma iespējas. Kvantu komunikācijā fotoni ir būtiski informācijas nesēji, taču kvantu informācijas glabāšana gaismā parasti ir sarežģīta. Mehāniskā sistēma, piemēram, stikla pērle, var kalpot kā lokāla kvantu atmiņa, ar pielāgojamām īpašībām, kas radītas mākslīgi.

Šis atklājums ne tikai uzsver kvantu mehānikas vispārīgumu, bet arī demonstrē jaunus ceļus kvantu fenomenu izmantošanai mākslīgās sistēmās, potenciāli veicinot kvantu tehnoloģiju attīstību komunikācijā un datorzinātnē.

▶ An experimental tour-de-force: Entanglement between glass bead and light — Skatīties video ↗