| | 10 марта 2016 | Новости науки и техники
Ученым удалось запутать три «закрученных» в трех измерениях фотона света
Исследователи из отдела Квантовой оптики и информации (Quantum Optics and Quantum Information) Венского университета и Автономного университета Барселоны (Universitat Autonoma de Barcelona) совершили очередной «квантовый скачок», им удалось запутать на квантовом уровне три частицы света, обладающие особой квантовой характеристикой, связанной с «завихрением» структуры переднего фронта импульса. Последствия данного достижения пока еще ясны не до самого конца, но подобная технология получения квантовой запутанности, без сомнения, может найти практическое применение в будущих квантовых коммуникационных и вычислительных системах.
Квантовая запутанность является одним из самых причудливых явлений квантовой физики, а некоторые из принципов, на которых оно основано, остаются для ученых полной загадкой и на сегодняшний день. Запутанные кванты света (фотоны), оказывают моментальное влияние друг на друга вне зависимости от величины разделяющего их расстояния. Если представить в роли квантовой частицы некоего фигуриста, способного выполнять пируэты, вращаясь по или против часовой стрелки, по пара таких «запутанных» фигуристов будет выполнять пируэты абсолютно синхронно даже в том случае, если они находятся на разных континентах.
«В нашем эксперименте задействовано не два, а сразу три квантовых «фигуриста», которые принимают участие в отлично синхронизированном «выступлении» — объясняет Мехул Малик (Mehul Malik), ведущий исследователь, — «Их «танец» намного более сложный, нежели танец с двумя партнерами, тройка выполняет еще одно синхронное движение после выполнения основного «пируэта». Такой тип квантовой запутанности раньше существовал только в теории, и нам впервые удалось получить его в лабораторных условиях».
Уникальное состояние квантовой запутанности, вовлекающее три фотона, было получено при помощи одной уловки из области квантовой механики. Изначально ученые создали две классические пары запутанных фотонов, после чего они заставили взаимодействовать их между собой особым образом. В результате этого взаимодействия один из фотонов исчез, при этом ученые не могут определить, куда же именно он делся, а в их распоряжении осталась тройка запутанных друг с другом фотонов.
Полученные три фотона, запутанные достаточно необычным способом, представляют собой идеальный полигон для изучения некоторых фундаментальных понятий из области квантовой механики. Более того, такие состояния многофотонной квантовой запутанности имеют потенциал для их применения в ряде связанных с этим областей, от квантовых вычислений до коммуникаций. В настоящее время ученые уже разработали новый тип протокола квантового шифрования, основанного на тройной запутанности, который позволяет осуществить ассиметричное разделение информации разбитой на условные слои. И такой протокол обеспечивает беспрецедентный на сегодняшний день уровень безопасности.
«Наши эксперименты позволяют нам начинать думать о реализации квантовых коммуникационных каналов, связывающих не две, а сразу три точки. Кроме этого, дополнительные уровни запутанности позволят передавать больше одного бита квантовой информации при помощи одного фотона» — рассказывает Антон Цайлингер (Anton Zeilinger), один из ведущих в мире ученых в области квантовой физики и глава группы, на счету которой немало открытий и достижений в этой области.
Правда, прежде чем технология тройного запутывания фотонов может быть поставлена на службу людям, ученым предстоит решить целый ряд проблем технического плана. Однако, учитывая высокие темпы развития квантовых технологий, все это является всего лишь вопросом времени, и в любом случае, запутанность нового типа рано или поздно найдет применение в квантовых сетях будущих поколений.
