Учёные Добились Квантовой Запутанности Между Стеклянной Шариковой Частицей и Светом

Image: Ars Technica · Source

Учёные успешно запутали подвешенную стеклянную частицу со светом лазера в оптической полости, что является значительным прорывом в квантовой механике и открывает возможности для применения в квантовой памяти.

Квантовая запутанность, явление, при котором два объекта демонстрируют коррелированное поведение независимо от расстояния между ними, долгое время изучалась преимущественно в микроскопических системах, таких как фотоны. Расширение запутанности на видимые макроскопические объекты представляло серьёзные трудности из-за взаимодействия с окружающей средой, которое быстро разрушает квантовые корреляции. Тем не менее, недавние исследования продемонстрировали запутанность между стеклянной частицей и светом, что является заметным экспериментальным достижением.

В этом эксперименте учёные использовали лазерный свет для захвата и охлаждения крошечной стеклянной частицы, подвешенной в оптической полости, образованной двумя зеркалами. Полость создаёт стоячие волновые паттерны света с фиксированными фазой и частотой, что позволяет установить чётко определённое взаимодействие между частицей и световым полем при условии минимального движения частицы. Под охлаждением здесь понимается уменьшение вибрационного движения частицы в лазерной ловушке, достигнутое путём настройки лазера на чуть более низкую частоту, чтобы частица теряла энергию в свет через эффект Доплера.

Для индукции запутанности использовался второй лазерный пучок с немного более высокой частотой, который вновь вводил энергию в движение частицы. Взаимодействие охлаждающего и нагревающего лазерных полей создаёт корреляции между колебаниями частицы и световыми полями. Поскольку часть света уходит из полости, неся тонкие флуктуации, связанные с движением частицы, измерение корреляций в этих утекающих световых полях выявляет запутанное состояние.

Это сложное балансирование частот лазеров и точный контроль движения частицы позволили команде впервые наблюдать запутанность между макроскопическим объектом — стеклянной частицей — и светом. Такие измерения сложны и чувствительны к шуму, требуя продвинутых моделей для достоверного различения запутанных состояний.

Помимо фундаментальных физических последствий, эта система механически-светового запутывания предлагает перспективные применения. В квантовой коммуникации фотоны являются важнейшими носителями информации, однако хранение квантовой информации, закодированной в свете, обычно сопровождается трудностями. Механическая система, подобная стеклянной частице, может служить локальной квантовой памятью с настраиваемыми свойствами, задаваемыми искусственным способом.

Это достижение не только подчёркивает универсальность квантовой механики, но и демонстрирует новые пути использования квантовых явлений в искусственных системах, что потенциально способствует прогрессу квантовых технологий в коммуникациях и вычислениях.

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