Как физикам удалось запутать 2 алмаза

Как физикам удалось запутать 2 алмаза

Учёным из Оксфорда посчастливилось разместить в состояние абсолютной квантовой запутанности 2 разнесённые на расстояние 15 см кристалла. По мнению авторов этого эксперимента, им удалось сделать важный шаг на пути изобретения квантовых компьютеров.

Исследователи использовали 2 3-миллиметровых алмаза (которые условно можно считать правым и левым). Между ними был помещён светоделитель, на него и направлялись фотоны.

Любая из частиц после делителя была в состоянии «побежать» к левому кристаллу, а могла и к правому. Однако законы квантовой механики неумолимы: нельзя сказать до измерения, куда направился какой-либо определённый фотон. Принято считать, что он находится до того момента в суперпозиции 2 своих вероятных состояний.

При попадании фотона в алмаз определённая часть его энергии поглощается после создания фонона в кристаллической решётке. В связи с тем, что по своему поведению схожи с квантовыми частицами, выходит, что оба поглотившие фотон (успевший побывать в делителе) алмаза разделяют 1 фотон на двоих, то бишь оказываются запутанными.

Как объясняется на страницах авторитетного научного журнала Physics World, поглощённый фотон, оказывается, переизлучается затем с более низкой частотой (иными словами – с более низкой энергией). О достигнутом состоянии запутанности сигнализирует «покрасневший» фотон.

Но чтобы окончательно в этом убедиться, необходим вновь направить через делитель на оба алмаза сразу зондирующий импульс. При встрече с фононом фотон может увеличить свою частоту и энергию и частоту (а данном контексте эти понятия условно синонимичны). Дальше дело дошло до самого главного: ведь никто ведь знает наверняка, в каком из 2 алмазов «затаился» фонон. Данное обстоятельство позволило отделить квантовое состояние кристаллов от классического.

Учёные после алмазов установили целый набор из однофотонных детекторов, делителей и поляризаторов. Находящиеся в подчинении чисто классическим законам шли бы или налево, или направо, но точно не в обе стороны сразу. То же самое относится к ранее созданному фонону: он существует, по классическим представлениям, либо в левом, либо в правом алмазе. Хотя, согласно законам квантовой механики, его можно описать «размазанной» по 2 кристаллам функцией. Не будем забывать о том, что алмазы-то запутанные.

Получается, классическая ситуация подразумевает, что при выходе системы после подачи зондирующего импульса «синий» фотон с равной вероятностью должен регистрироваться и в первом, и во втором детекторе. А если систему можно описать в рамках законов квантового мира, то регистрация проходит в конкретном детекторе.

Оксфордские специалисты в результате целой серии кропотливых наблюдений нашли именно эту, неклассическую корреляцию. Надо сказать, что на каждый из таких мини-опытов с созданием запутанного состояния и считыванием отводилось всего-навсего 0,35 пикосекунды (жизнь фононов в алмазе – недолгая), в теории сего оказывается вполне достаточно если не для хранения данных на квантовом уровне, то однозначно – для адекватных квантовых вычислений.

Немаловажен тот факт, что запутанность удалось достичь, когда температура была комнатной. Выходит, что подобное состояние вполне может сохраняться в макроскопических твёрдых телах во вполне обыкновенной окружающей среде Поэтому-то экспериментаторы и полагают, что опыты помогут создать квантовые компьютеры, которым не нужна будет криогенная система охлаждения.

Автор

Запись опубликована 6 Декабрь 2011 в разделе Нано