Мы уже достаточно много рассказывали нашим читателям о парадоксальном явлении, называемом квантовой запутанностью, которое заключается в разделении единого квантового свойства одновременно двумя или большим количеством частиц. Если частица находится в определенном квантовом состоянии, то все запутанные с ней частицы также находятся в таком же состоянии и если принудительно изменить состояние одной из этих частиц, то все остальные запутанные с ней частицы моментально перейдут в новое состояние. Ученым-физикам уже удавалось создавать достаточносложные системы из запутанных частиц, которые используются в качестве квантовых битов (кубитов),регистров квантовых вычислительных систем и для других целей. И практически во всех случаях ученые запутывали достаточно крупные частицы, электроны или целые ядра атомов, при помощи посредников, в роли которых выступали опять же запутанные на квантовом уровне фотоны света.
Легче всего ученым удается создавать пары запутанных фотонов. При этом, их общим свойством может быть поляризация, их энергетические или временные характеристики. Некоторым группам ученых удавалось создать и тройки запутанных фотонов, связанным преимущественно по двум последним видам их характеристик, что обуславливало нестабильность и малое время существования явления запутанности. Но недавно, ученые-физики из университета Ватерлоо, Онтарио, Канада, и американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) совершили прорыв в этой области, созданную ими технологию можно рассматривать как своего рода фабрику по производству троек фотонов, запутанных по самой стабильной их характеристике - по поляризации. Эта "фабрика" обеспечивает получение 600 запутанных троек в час и это является абсолютным рекордом для данной области на сегодняшний день.
Процесс получения запутанной тройки фотонов начинается с единственного фотона синего света, обладающего достаточно высокими энергетическими показателями. При помощи определенных уловок этот фотон помещается в состояние квантовой суперпозиции, в состояние, когда он обладает одновременно и вертикальной и горизонтальной поляризацией. После этого фотон пропускается через специальный квантовый кристалл, где происходит его разделение на два запутанных фотона красного цвета, имеющие более низкие энергетические показатели и одинаковую поляризацию, вертикальную или горизонтальную. Заключительным этапом является пропускание одного из красных фотонов через кристалл, где он расщепляется на два инфракрасных фотона. И в результате этих преобразований получаются три фотона, один красный и два инфракрасных, запутанные на квантовом уровне.
Небольшую производительность этого процесса объясняет то, что вероятность успешного завершения первого этапа преобразования крайне мала, она составляет один успешный случай на миллиард попыток. Вероятность успеха второго этапа уже несколько выше - один шанс на миллион попыток.
Второй, не менее важной частью проведенных экспериментов, стало измерение результатов процесса получения троек запутанных фотонов. Решающую роль в этом деле сыграл новый датчик на основе нанопроводников, разработанный учеными NIST, который после очередной модернизации оказался способен не только регистрировать единичные фотоны, но и определять их поляризацию. Экспериментальные измерения квантового состояния отдельных фотонов из запутанных троек показали наличие всех 27 возможных комбинаций состояний фотонов в выходном потоке установки, а вероятность определения квантового состояния превысила отметку в 90 процентов, чего уже вполне достаточно для практического использования данной технологии в области квантовых телекоммуникаций.
Разработка технологии получения потока стабильных троек запутанных фотонов и технологии надежного измерения квантового состояния единичного фотона означает, что все квантовые технологии, использующие запутанные фотоны, стали еще на один шаг ближе к их практическому использованию. И хотя могут пройти еще годы и десятилетия, прежде чем сверхмощные квантовые компьютеры и безопасные квантовые коммуникации обязательно появятся на свете и займут соответствующее место в нашей жизни.
