Ученые все больше изучают квантовую запутанность, которая возникает, когда две или более систем создаются или взаимодействуют таким образом, что квантовые состояния одних нельзя описать независимо от квантовых состояний других. Системы коррелированы, даже когда они разделены большим расстоянием. Значительный потенциал приложений в области шифрования, связи и квантовых вычислений стимулирует исследования. Сложность в том, что когда системы взаимодействуют со своим окружением, они почти сразу же распутываются.
В последнем исследовании Лаборатории когерентного манипулирования атомами и светом (LMCAL) Института физики Университета Сан-Паулу (IF-USP) в Бразилии исследователям удалось разработать источник света, который генерирует два запутанных световых луча. Их работа опубликована в Physical Review Letters.
«Этот источник света был оптическим параметрическим генератором или OPO, который обычно состоит из кристалла с нелинейным оптическим откликом между двумя зеркалами, образующими оптическую полость. Когда ярко-зеленый луч падает на устройство, динамика кристалл-зеркало создает два световых луча с квантовыми корреляциями», — сказал физик Ханс Марин Флорес, последний автор статьи.
Проблема в том, что свет, излучаемый ПГС на основе кристаллов, не может взаимодействовать с другими системами, представляющими интерес в контексте квантовой информации, такими как холодные атомы, ионы или чипы, поскольку его длина волны не совпадает с длиной волны рассматриваемых систем. «Наша группа показала в предыдущей работе, что сами атомы могут быть использованы в качестве среды вместо кристалла. Поэтому мы создали первый ПГС на основе атомов рубидия, в котором два луча были сильно квантово-коррелированы, и получили источник, который мог взаимодействовать с другие системы, которые могут служить квантовой памятью, такие как холодные атомы», — сказал Флорес.
Однако этого было недостаточно, чтобы показать, что лучи запутались. В дополнение к интенсивности фазы лучей, которые связаны с синхронизацией световых волн, также должны отображать квантовые корреляции. «Это именно то, чего мы достигли в новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters», — сказал он.
«Мы повторили тот же эксперимент, но добавили новые шаги обнаружения, которые позволили нам измерить квантовые корреляции в амплитудах и фазах генерируемых полей. В результате мы смогли показать, что они запутаны. Кроме того, метод обнаружения позволил нам обратите внимание, что структура запутанности была богаче, чем обычно можно было бы охарактеризовать. Вместо двух запутанных соседних полос спектра мы фактически создали систему, состоящую из четырех запутанных спектральных полос».
При этом амплитуды и фазы волн были перепутаны. Это является фундаментальным во многих протоколах для обработки и передачи информации с квантовым кодированием. Помимо этих возможных применений, этот тип источника света может также использоваться в метрологии. «Квантовые корреляции интенсивности приводят к значительному уменьшению флуктуаций интенсивности, что может повысить чувствительность оптических датчиков», — сказал Флорес. «Представьте себе вечеринку, на которой все разговаривают, и вы не слышите кого-то в другом конце комнаты. Если шум достаточно уменьшится, если все перестанут говорить, вы сможете услышать, что кто-то говорит на приличном расстоянии».
Он добавил, что повышение чувствительности атомных магнитометров, используемых для измерения альфа-волн, излучаемых человеческим мозгом, является одним из потенциальных применений.
В статье также отмечается дополнительное преимущество рубидиевых ПГС перед кристаллическими ПГС. «Кристаллические ПГС должны иметь зеркала, которые дольше удерживают свет внутри резонатора, так что взаимодействие создает квантово-коррелированные лучи, тогда как использование атомарной среды, в которой два луча производятся более эффективно, чем с кристаллами, позволяет избежать необходимости в зеркалах. заключить свет в тюрьму на такое долгое время», — сказал Флорес.
До того, как его группа провела это исследование, другие группы пытались создать OPO с атомами, но не смогли продемонстрировать квантовые корреляции в создаваемых световых пучках. Новый эксперимент показал, что в системе нет внутреннего ограничения, которое могло бы предотвратить это. «Мы обнаружили, что температура атомов является ключом к наблюдению квантовых корреляций. По-видимому, в других исследованиях использовались более высокие температуры, которые мешали исследователям наблюдать корреляции», — сказал он.
No comments:
Post a Comment