Kvantový rekord zapletení s dosud největším shlukem fotonů

Fyzici z Institutu Maxe Plancka vyvinuli novou účinnou metodu pro řízení kvantového zapletení fotonů a demonstrovali to zapletením rekordního počtu fotonů. Tato technika by mohla být přínosem pro kvantové počítače.

Kvantové zapletení je fenomén, který zní, jako by to mělo být nemožné. Částice se v podstatě mohou provázat natolik, že je již nelze popsat jednotlivě, a změna specifické vlastnosti jedné částice okamžitě způsobí změnu jejího zapleteného partnera, bez ohledu na to, jak daleko od sebe mohou být. Důsledky toho znepokojily i samotného Einsteina, který to skvěle popsal jako „strašidelnou akci na dálku“.

Jakkoli to může znít neintuitivně, kvantová provázanost byla experimentálně demonstrována po celá desetiletí. Tento jev dokonce podporuje vznikající komerční technologie, jako jsou kvantové počítače, kde lze propletené částice použít jako kvantové bity (qubity), které ukládají a zpracovávají informace.

Aby to fungovalo co nejlépe, je třeba vytvořit velké skupiny částic a zamotat je dohromady, ale to je složité. Pro novou studii tedy výzkumníci Maxe Plancka prozkoumali spolehlivější metodu kvantového provázání a použili ji k úspěšnému propletení 14 fotonů dohromady – což je dosud největší skupina fotonů.

MPQ

Tým začal s jediným atomem rubidia, uvězněným v optické dutině, která odráží elektromagnetické vlny v určitých vzorcích. Atom je zasažen laserem o určité frekvenci, která atom připraví na danou vlastnost. Poté je na něj vyslán další řídicí puls, který způsobí, že atom emituje foton, který je s atomem zapleten.

Tento proces se opakuje, přičemž se atom otáčí mezi jednotlivými emisemi fotonů, dokud nevznikne celý řetězec fotonů, které jsou všechny vzájemně propletené. Tento proces je mnohem účinnější než stávající techniky, produkuje fotony více než 43 % času, neboli téměř jeden foton na každé dva laserové pulsy.

Pokud nějakou dobu sledujete kvantové záznamy, 14 provázaných částic nemusí znít jako mnoho – vědcům se v předchozích experimentech podařilo zamotat do plynu doslova biliony atomů. Ale nebudeme schopni využít takový systém pro kvantovou komunikaci nebo počítače. Fotony jsou mnohem jednodušší na výrobu a použití v každodenní technologii a účinnost této nové techniky by měla být relativně jednoduchá pro zvýšení produkce fotonů.

Za tímto účelem tým říká, že dalším krokem je experiment s použitím alespoň dvou atomů jako zdrojů.

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: Max Planck Institute of Quantum Optics