Квантовая запутанность частиц – явление уже почти привычное. Однако в новом исследовании физики придумали, как запутав две частицы совершенно разных типов – фотон, квант света, с фононом, квантовым эквивалентом звуковой волны.
Физики Чанглонг Чжу, Клаудиу Генес и Биргит Штиллер из Института Макса Планка по изучению света в Германии назвали предложенную ими новую систему оптоакустической запутанностью.
Она представляет собой гибридную систему, использующую две совершенно разные фундаментальные частицы, порождающие новую форму запутанности, уникальным образом устойчивую к внешним шумам. Устойчивость запутанности — одна из самых больших проблем, стоящих перед квантовыми технологиями. Новое открытие — это её значительный шаг на пути к более надёжным квантовым устройствам. Рисунок художника, изображающий лазерное излучение, запутанное с акустической волной.
У квантовой запутанности есть перспективное применение для высокоскоростной квантовой связи и квантовых вычислений. Уникальная физика, описывающая изолированные и запутанные частицы до и после их измерения, делает их идеальными для целого ряда применений, от шифрования до высокоскоростных алгоритмов.
Однако квантовое состояние, необходимое для протекания этих процессов, слишком хрупкое — это сдерживает его реализацию в практических приложениях.
Учёные работают над решением этой проблемы и наметили несколько перспективных путей. С шумом можно бороться, повышая размерность системы или добавляя больше частиц в запутанную систему. Вполне вероятно, что для решения проблемы потребуется не один, а несколько путей, поэтому чем больше у нас вариантов, тем больше вероятность того, что будет найдена правильная комбинация.
Путь, который исследовали Чжу и его коллеги, предполагает спаривание фотонов не с другими фотонами, а с «частицей» совершенно другого толка – фононом, квазичастицей, квантом энергии согласованного колебательного движения атомов. Этого довольно сложно добиться, поскольку фотоны и фононы движутся с разной скоростью и у них разные уровни энергии. Схема, описывающая предлагаемый эксперимент.
Исследователи показали, как можно запутать частицы, используя процесс, называемый рассеянием Мандельштама — Бриллюэна, при котором свет рассеивается волнами тепловых звуковых колебаний между атомами в материале.
В предлагаемой полупроводниковой системе исследователи направляют лазерное излучение и акустические волны в полупроводниковый волновод с бриллюэновской активностью на кристалле, чтобы вызвать рассеяние. Когда два кванта движутся по одной и той же фотонной структуре, фонон движется с гораздо меньшей скоростью, что приводит к рассеянию, которое может запутать частицы, имеющие совершенно разные энергетические уровни.
Ещё более интересной эту технологию делает то, что она может быть достигнута при более высоких температурах, чем стандартные подходы к запутыванию, что позволяет вывести запутывание из криогенной зоны и потенциально уменьшить потребность в дорогостоящем специализированном оборудовании.
Это требует дальнейшего изучения и экспериментов, но это многообещающий результат, говорят исследователи.
Источник новости: habr.com
