| | 27 марта 2015 | Новости науки и техники
Ученым удалось запутать на квантовом уровне около 3 тысяч атомов при помощи одного единственного фотона
Ученые-физики из Массачусетского технологического института и университета Белграда разработали новую технологию, при помощи которой им удалось запутать на квантовом уровне одновременно 2920 атомов, используя один единственный фотон света. И это количество является своего рода рекордом, самым большим количеством атомов, которые удавалось кому-либо запутать во время проведений исследований и экспериментов. Ученые считают, что разработанная ими технология при некоторой адаптации может стать практическим способом получения групп запутанных атомов, которые, в свою очередь, могут стать ключевыми компонентами новых высокоточных атомных часов, квантовых коммуникационных систем и квантовых компьютеров.
«Добиться реализации квантовой запутанности 3 тысяч атомов при помощи одного фотона любыми обычными способами практически невозможно» — рассказывает Влэдэн Вулетик (Vladan Vuletic), профессор Факультета физики Массачусетского технологического института, — «Но нам удалось открыть совершенной новый класс запутанного состояния квантовых объектов, который удалось получить при помощи воздействия одним единственным фотоном. И сейчас мы нашли и исследуем еще несколько новых классов квантовой запутанности, при помощи которых можно будет творить совсем уж удивительные вещи».
До последнего времени множество ученых производили эксперименты, пытаясь запутать на квантовом уровне одновременно множество атомов. Нельзя сказать, что эти попытки были уж совсем безуспешными, предыдущим рекордом являлось получение квантовой запутанности группы, состоящей из 100 атомов.
А профессору Вулетику и его коллегам удалось запутать сразу 2910 атомов из группы, в которой насчитывалось 3100 атомов. При этом, они использовали очень слабый импульс лазерного света, импульс, содержащий один единственный фотон. «Чем более слабый свет мы используем, тем это лучше» — рассказывает профессор Вулетик, — «Более сильный свет, быстрее всего, разрушит хрупкую квантовую структуру облака атомов, а так вся система остается в относительно чистом квантовом состоянии».
Запутывание атомов ученые начали с охлаждения облака атомов и захвата их при помощи лазерной ловушки. Затем в недра этого облака был послан импульс лазерного света, состоящий из одного фотона. Этот фотон, проходя через облако и взаимодействуя по пути с атомами, улавливался на выходе высокочувствительным датчиком, способным точно измерить все его характеристики.
Если фотон, проходя через облако атомов, не взаимодействует ни с одним из атомов, его поляризация остается неизменной. В противном случае его поляризация смещается на определенный угол при каждом взаимодействии с атомом. Естественно, на его поляризацию оказывает влияние и квантовый шум, создаваемый атомами, вращающимися по и против часовой стрелки.
«Время от времени мы наблюдали фотон, поляризация которого была строго перпендикулярна углу его начальной поляризации» — рассказывает профессор Вулетик, — «Наши расчеты показали, что такой угол поляризации фотон мог приобрести только под влиянием группы из множества запутанных атомов, которые он сам же и запутал».
Сейчас группа Вулетика работает над тем, чтобы при помощи метода детектирования единичных фотонов и открытого ими особого состояния квантовой запутанности преодолеть ограничения, накладываемые так называемым «стандартным квантовым пределом» (standard quantum limit), который определяет предел точности любых измерений, производимых в пределах квантовых систем. «Это особое состояние квантовой запутанности позволит увеличить точность атомных часов минимум в два раза» — утверждает профессор Вулетик, — «А другие особые квантовые состояния, которые мы изучаем в настоящее время, позволят поднять точность еще в большее количество раз».
