Naukowcy Osiągają Splątanie Kwantowe Między Szklaną Kulką a Światłem

Image: Ars Technica · Source

Naukowcy skutecznie splątali zawieszoną szklaną kulkę z laserowym światłem w optycznej kawitacji, co stanowi istotny postęp w mechanice kwantowej i otwiera możliwości zastosowań w pamięci kwantowej.

Splątanie kwantowe, zjawisko, w którym dwa obiekty wykazują skorelowane zachowania niezależnie od odległości, było dotąd głównie rozumiane w kontekście układów mikroskopowych, takich jak fotony. Rozszerzenie splątania na widoczne, makroskopowe obiekty wiązało się z poważnymi wyzwaniami związanymi z oddziaływaniem ze środowiskiem, które szybko rozprasza korelacje kwantowe. Jednak niedawne badania wykazały splątanie między szklaną kulką a światłem, co stanowi znaczące osiągnięcie eksperymentalne.

W eksperymencie naukowcy zastosowali światło laserowe do uwięzienia i schłodzenia maleńkiej, zawieszonej szklanej kulki w optycznej kawitacji utworzonej przez dwa zwierciadła. Kawitacja ustawia stojące wzory fali świetlnej o stałym przesunięciu fazowym i częstotliwości, umożliwiając wyraźnie określoną interakcję między kulką a polem świetlnym, pod warunkiem że ruch kulki pozostaje minimalny. Chłodzenie oznacza tutaj zmniejszanie drgań kulki w pułapce laserowej, osiągane przez dostrojenie lasera do nieco niższej częstotliwości, tak by kulka traciła energię na rzecz światła przez efekt Dopplera.

Aby wywołać splątanie, użyto drugiej wiązki laserowej o nieco wyższej częstotliwości, która wkładała energię z powrotem w ruch kulki. Wzajemne oddziaływanie chłodzącego i nagrzewającego światła laserowego tworzy korelacje między drganiami kulki a polami świetlnymi. Ponieważ część światła ucieka z kawitacji, niosąc subtelne fluktuacje związane z ruchem kulki, pomiar korelacji w tym wypływającym świetle ujawnia stan splątany.

To skomplikowane wyważenie częstotliwości laserów oraz precyzyjna kontrola ruchu kulki pozwoliły zespołowi po raz pierwszy zaobserwować splątanie między makroskopowym obiektem – szklaną kulką – a światłem. Takie pomiary są złożone i wrażliwe na szumy, wymagając zaawansowanych modeli do wiarygodnego rozróżnienia stanów splątanych.

Poza fundamentalnymi implikacjami fizycznymi, ten mechaniczno-świetlny system splątania oferuje obiecujące zastosowania. W komunikacji kwantowej fotony są kluczowymi nośnikami informacji, jednak przechowywanie informacji kwantowej zakodowanej w świetle zazwyczaj napotyka trudności. Układ mechaniczny taki jak szklana kulka może służyć jako lokalna pamięć kwantowa, której właściwości można dostosować poprzez sztuczne projektowanie.

To osiągnięcie nie tylko podkreśla uniwersalność mechaniki kwantowej, ale także demonstruje nowe ścieżki wykorzystania zjawisk kwantowych w systemach sztucznych, co może przyspieszyć rozwój technologii kwantowych w komunikacji i obliczeniach.

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