Учёные используют «жуткие действия» для обмена сообщениями на дистанции 2 км

Исследователи из Стэнфордского университета объявили во вторник, что они успешно реализовали «жуткое» взаимодействие запутанных электронов, чтобы обеспечить обмен сигналами между ними на расстоянии 1,2 мили. Это наибольшее расстояние, на которое учёным удалось отправить запутанные частицы и получить убедительное доказательство, что на сегодняшний день квантовые вычисления могут иметь практическое применение.

Квантовые компьютеры используют явление, известное как квантовая запутанность, которое Эйнштейн окрестил «жутким действием на расстоянии», когда две частицы остаются связаны между собой независимо от расстояния между ними. То есть, как и в этом случае, если два электрона запутаны, то направление их спинов всегда будет одинаковым. Если один электрон вращается по часовой стрелке, то и другой будет делать то же самое. Если один изменяет направление своего спина, другой повторяет это. При этом не имеет значения, находятся ли они на противоположных сторонах молекулы или на противоположных сторонах галактики – поведение двух частиц неразрывно связано.

«Спин электрона является базовой единицей квантового компьютера, — говорит физик из Стэнфорда  Лео Ю. в заявлении.  – Это исследование может проложить путь для создания в будущем квантовых сетей, которые смогут отправлять данные с чрезвычайно высокой степенью защиты по всему миру». Проблема состоит в том, что электроны привязаны к атомам. И для того, чтобы получить два запутанных электрона на больших расстояниях (и позволить квантовым компьютерам в сети общаться друг с другом), нужны фотоны в качестве посланников.

Это достигается путем «спаривания» фотона и электрона. Этот процесс называется «квантовой корреляцией». Но тут возникает другая проблема: фотоны любят менять направление своих спинов во время путешествия по волоконно-оптическим линиям. Таким образом, можно довольно легко обеспечить квантовую корреляцию первого электрона и фотона, но сохранить фотон пригодным для выполнения поставленной задачи при путешествии ко второму электрону гораздо сложнее. Для этого  команда учёных создала «временные метки» для фотонов, которые служат в качестве ориентиров, позволяя им подтвердить, что они прибыли с той же ориентацией спина, как и у электрона, который они оставили.

Используя этот метод, учёные успешно запутали пару электронов на расстоянии около 2 километров в волоконно-оптической линии. Их исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.