Лазерный мир

Явления квантового мира, кажущиеся причудливыми и невозможными с точки зрения классической физики, постепенно находят все больше и больше областей применения в современных технологиях. Возьмем, к примеру, квантовую запутанность, невидимую и неощутимую связь между частицами, действующую на любом расстоянии. Это явление уже используется в квантовых компьютерах, позволяя им выполнять большое количество вычислений параллельно, и для того, чтобы можно было использовать квантовые компьютеры с реальной пользой, требуется возможность получения больших количеств запутанных частиц, выступающих в роли квантовых битов, кубитов.

«Фотоны, частицы света, как нельзя лучше подходят для этих целей из-за того, что они стабильны сами по себе и ими легко управлять» — пишут исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics, MPQ), — «И нам удалось разработать новый и полностью контролируемый способ генерации цепочек запутанных фотонов, имеющих, теоретически, любую длину. Но использованное нами оборудование позволяет сейчас генерировать и контролировать только 14 запутанных фотонов одновременно»

Ключевым моментом генератора цепочек запутанных фотонов является единственный атом рубидия, размещенный в центе оптической полости, своего рода оптического резонатора. При помощи света одного лазера атом переводится в возбужденное энергетическое состояние, а дополнительный лазерный импульс, синхронизированный с вращением атома, заставляет атом излучить фотон света. При этом, фотон движется в строго заданном направлении, излучается в строго заданный момент времени и является запутанным с квантовым состоянием атома.

Используя последовательность лазерных импульсов, ученые добились стабильной генерации цепочек из 14 фотонов, которые были запутаны на квантовом уровне с атомом и между собой. «Согласно имеющимся на нынешний момент данным, 14 запутанных частиц света — это наибольшее количество, которые было произведено в лабораторных условиях в настоящее время» — пишут исследователи.

Однако, проведенные эксперименты показали, что эффективность данного метода генерации составляет 50 процентов, лишь только каждый второй управляющий лазерный импульс приводит к излучению запутанного фотона. Это, конечно, намного выше эффективности способа генерации запутанных фотонов при помощи расщепителей на основе кристаллов с нелинейными свойствами, по такой эффективности все еще недостаточно для реализации сложных квантовых вычислений и практического применения данного метода.

Проблема 50-процентной эффективности может быть решена, по мнению ученых, самым простым способом — размещением в оптической резонансной полости второго атома рубидия и дальнейшей синхронизации квантовых состояний обоих атомов, что приведет к их запутыванию. «Мы уже работаем над данной задачей» — пишут исследователи, — «И мы не сомневаемся в успехе ее решения в самое ближайшее время».

Первоисточник: https://phys.org/news/2022-08-physicists-entangle-dozen-photons-efficiently.html

Перевод: https://dailytechinfo.org/infotech/11662-uchenye-fiziki-nauchilis-generirovat-cepochki-zaputannyh-fotonov-polnostju-kontroliruemym-sposobom.html