Физики смогли запутать пять фотонов
Израильские физики из института Вайцмана предложили алгоритм, который, теоретически, позволяет получать любое число частиц в запутанном состоянии. Статья исследователей появилась в журнале Science. Коротко о работе пишет портал Physics World.
Квантовой запутанностью называют особое свойство квантовых систем быть прочно "связанными" друг с другом даже на большом расстоянии. Это означает, что когда состояние одной из систем изменяется, состояние других, "спутанных" с первой, также мгновенно претерпевает изменения. Иными словами, узнавая состояние одной из систем, наблюдатель одновременно узнает состояние других.
Одним из запутанных состояний является состояние NOON - суперпозиция двух других квантовых состояний. В более ранних работах физикам удавалось реализовать состояние NOON для четырех фотонов, однако увеличение числа запутанных частиц требовало существенного усложнения экспериментальной техники. Авторы новой работы разработали способ, позволяющий по одной схеме запутывать произвольное число частиц.
Экспериментальная схема выглядит следующим образом: на светоразделительное устройство направляются два луча - "обыкновенный" лазер и луч, содержащий запутанные пары фотонов. У устройства есть два входа и два выхода. Фотоны, находящиеся в состоянии NOON, всегда "выбирают" один выход - однако экспериментатор по определению не может знать, какой именно. После выхода из светоделительного устройства лучи встречаются и интерферируют. Анализируя интерференционную картину, ученые могут определить число запутанных фотонов. Для этого они определяют значение контраста интерференционной картины.
Для пяти запутанных фотонов этот параметр составил 42 процента. Теория предсказывала, что в случае реализации состояния NOON он может достигать 92 процентов. Тем не менее, полученное значение намного больше значения, получающегося для незапутанных фотонов - 17 процентов. Когда запутывались четыре фотона, контраст достигал 74 процентов, когда три - 86 процентов, а когда два - то 95 процентов.
Запутывание большого числа частиц имеет не только теоретическое значение. Множество запутанных фотонов ведут себя так же, как единичный фотон, причем его длина волны уменьшается пропорционально числу запутанных фотонов. Меньшая длина волны позволяет преодолеть дифракционный предел - основное препятствие к созданию микроскопов более высокой разрешающей способности. В ближайшем будущем авторы новой работы намерены заняться именно практическим применением предложенной ими техники.