Строительство моста в квантовый мир

Запутывание является одним из основных принципов квантовой механики. Физики нашли способ использовать механический генератор для получения запутанного излучения. Этот метод может оказаться чрезвычайно полезным, когда речь идет о подключении квантовых компьютеров.

Запутывание является одним из основных принципов квантовой механики. Физики из исследовательской группы профессора Йоханнеса Финка из Института науки и технологии Австрии (IST Austria) нашли способ использовать механический генератор для получения запутанного излучения. Этот метод, который авторы опубликовали в текущем издании Nature, может оказаться чрезвычайно полезным, когда речь идет о подключении квантовых компьютеров.

Запутывание — это феномен, типичный для квантового мира, которого нет в так называемом классическом мире — мире и законах физики, которые управляют нашей повседневной жизнью. Когда две частицы запутаны, характеристики одной частицы можно определить, взглянув на другую. Это было обнаружено Эйнштейном, и теперь этот феномен активно используется в квантовой криптографии, где, как говорят, он приводит к неразрушимым кодам. Но это касается не только частиц, но и радиации, которая может быть запутана: это феномен, который в настоящее время исследует Шабир Барзанех, постдок из группы профессора Финка в IST Austria и первый автор исследования.

«Представьте себе коробку с двумя выходами. Если выходы запутаны, можно охарактеризовать излучение, выходящее из одного выхода, глядя на другой», — объясняет он. Запутанное излучение было создано ранее, но в этом исследовании механический объект был использован впервые. С длиной 30 микрометров и состоящей из примерно триллиона (1012) атомов, кремниевый луч, созданный группой, может все еще быть маленьким в наших глазах, но для квантового мира, однако, он велик. «Для меня этот эксперимент был интересен на фундаментальном уровне», — говорит Барзанех. «Вопрос был: можно ли использовать такую большую систему для получения неклассического излучения? Теперь мы знаем, что ответ — да».

Но устройство также имеет практическую ценность. Механические генераторы могут служить связующим звеном между чрезвычайно чувствительными квантовыми компьютерами и оптическими волокнами, соединяющими их внутри центров обработки данных и за их пределами. «То, что мы создали, является прототипом для квантовой связи», — говорит Барзанджех.

В сверхпроводящих квантовых компьютерах электроника работает только при экстремально низких температурах, которые всего на несколько тысячных градуса выше «абсолютного нуля» (-273,15 ° C). Это потому, что такие квантовые компьютеры работают на основе микроволновых фотонов, которые чрезвычайно чувствительны к шуму и потерям. Если температура в квантовом компьютере повышается, вся информация уничтожается. Как следствие, передача информации с одного квантового компьютера на другой в настоящее время практически невозможна, поскольку информация должна пересекать слишком жаркую среду, чтобы она могла выжить.

Классические компьютеры в сетях, с другой стороны, обычно подключаются через оптические волокна, поскольку оптическое излучение очень устойчиво к помехам, которые могут повредить или уничтожить данные. Чтобы использовать эту успешную технологию также для квантовых компьютеров, необходимо создать канал, который может преобразовывать микроволновые фотоны квантового компьютера в оптические носители информации или устройство, которое генерирует запутанные микроволновые оптические поля в качестве ресурса для квантовой телепортации. Такая связь будет служить мостом между оптическим при комнатной температуре и криогенным квантовым миром, и устройство, разработанное физиками, является одним из шагов в этом направлении. «Созданный нами генератор привел нас на один шаг ближе к квантовому интернету», — говорит первый автор Барзанех.

Но это не единственное потенциальное применение устройства. «Наша система также может быть использована для повышения производительности детекторов гравитационных волн», — объясняет Шабир Барзанджех и Йоханнес Финк: «Оказывается, что наблюдение таких стационарных запутанных полей подразумевает, что производящий его механический генератор должен быть квантовым объектом. Это относится к любому типу медиатора и без необходимости его непосредственного измерения, поэтому в будущем наш принцип измерения может помочь проверить или фальсифицировать потенциально квантовую природу других трудно опрашиваемых систем, таких как живые организмы или гравитационное поле».