|
Впервые в истории получена квантовая запутанность
|
|
|
|
Запутанность — один из лучших трюков в волшебном ящике квантовой физики: две частицы, которые неразрывно связаны при измерении, — ключевой компонент потенциальных достижений в вычислительных, коммуникационных и сенсорных технологиях.
|
|
|
|
Ученые используют различные методы для создания запутанных частиц, часто с помощью частиц света (фотонов). Стандартный способ запутывания фотонов — это направление высокоэнергетического лазера в специально сконфигурированный кристалл.
|
|
|
|
Это надежный и хорошо зарекомендовавший себя метод, но он также требует энергии и, конечно же, доступа к современному лазеру.
|
|
|
|
Теперь исследователи из Университета Оттавы в Канаде и Института науки о свете им. Макса Планка в Германии сделали то, что некоторые считали невозможным: сгенерировали запутанные фотоны из солнечного света.
|
|
|
|
Опубликовав свою работу в журнале Optica, команда утверждает, что это нововведение может привести к тому, что технология запутанности станет дешевле и проще в применении в условиях ограниченных ресурсов, от удаленных исследовательских станций до спутников на орбите. «Наша работа показывает, что обильные естественные источники света могут быть использованы для квантовой запутанности, открывая возможности для более энергоэффективных и доступных квантовых технологий», — говорит физик Ченг Ли из Университета Оттавы.
|
|
|
|
|
|
|
Исследователей воодушевили более ранние эксперименты, показавшие, что запутанные фотоны могут быть получены с помощью светодиодного света, что позволяет предположить, что некогерентный свет — свет без синхронности и однородности лазеров — потенциально может запускать этот процесс.
|
|
|
|
Экспериментальная установка включала линзу Френеля размером с окно и воронку, которая концентрировала собранный солнечный свет в оптическом волокне шириной с человеческий волос.
|
|
|
|
Затем сфокусированный свет направлялся на кристалл для фактического запутывания.
|
|
|
|
Чтобы учесть некогерентные (или «неупорядоченные») характеристики солнечного света, включая его направление и длину волны, команда сосредоточилась на его поляризации: ориентации его колеблющегося электромагнитного поля.
|
|
|
|
За счет именно этой характеристики устройство гарантировало, что окружающая неразбериха света принципиально не препятствует поляризационной запутанности.
|
|
|
|
«Мы разработали нашу экспериментальную установку таким образом, чтобы различия, вносимые разными цветами и направлениями распространения, не влияли на поляризацию фотонов», — говорит Ли.
|
|
|
|
«Как предсказывает наша теория, если запутанность существует только в поляризации, то она должна зависеть только от упорядоченности накачки в направлении её колебаний, а не от её направления или цвета.
|
|
|
|
Это позволило нам получить высококачественную поляризационную запутанность из сильно пространственно и временно некогерентного солнечного света».
|
|
|
|
Созданные командой запутанные фотоны прошли несколько важных тестов в квантовой физике.
|
|
|
|
Частицы были примерно на 94 процента похожи на идеально запутанное состояние и нарушали неравенство Белла — стандартный признак того, что их корреляции не могут быть объяснены классической физикой.
|
|
|
|
После создания запутанных фотонов они могут сохранять свою внутреннюю связь даже при разделении на огромные расстояния. В принципе, это может означать, например, соединение гигантских телескопов или неперехваченную связь.
|
|
|
|
«Эта технология однажды позволит спутникам создавать защищённые ключи шифрования, используя солнечный свет, которого уже в изобилии в космосе, уменьшая потребность в бортовых лазерах и большей части вспомогательного оборудования», — говорит Ли.
|
|
|
|
«Управляемые солнечным светом» Генерация квантовой запутанности также может обеспечить важнейший компонент, необходимый для масштабирования квантовых вычислений без увеличения энергетической нагрузки.
|
|
|
|
Исследователи называют это «демонстрацией принципа действия»: у нас пока нет полностью работающего квантового запутывающего устройства, работающего на солнечном свете, которое можно было бы транспортировать по всему миру или интегрировать в другие технологии.
|
|
|
|
Однако это многообещающий прорыв, представляющий собой совершенно новый тип источника накачки для запутанных фотонов. Качество запутанности можно дополнительно улучшить, говорят исследователи, как и яркость — по сути, скорость, с которой производятся запутанные фотоны.
|
|
|
|
Это также еще одно доказательство того, насколько важна устойчивость в науке в квантовой области. Большие шаги вперед часто можно теоретизировать задолго до появления практического доказательства.
|
|
|
|
«Некоторые всемирно известные исследователи в этой области даже сомневались, возможно ли вообще обнаружить какие-либо фотоны — не говоря уже о запутанных фотонах — от нелинейных оптических процессов, вызванных солнечным светом», — говорит Ли.
|
|
|
|
«Мы доверяли нашим расчетам, продолжали совершенствовать экспериментальные данные». "Настроили, и в итоге показали, что это возможно."
|
|
|
|
Источник
|
