Запутанность в кристалле: Шаг навстречу квантовым повторителям

Первая квантовая память, позволяющая сохранять и воспроизводить запутанность, создана швейцарскими физиками.

Квантовая запутанность – это странное явление, при котором частицы находятся в некотором общем состоянии (фактически, имеют одинаковые волновые функции). Таким образом, измерения, проведенные над одной из спутанных частиц, мгновенно влияют и на другие, независимо от расстояния между ними.

«Действие на расстоянии» лежит в основе многих существующих и только разрабатываемых технологий: это и квантовая криптография, и квантовая телепортация, и квантовые вычисления. Благодаря этому современные физики начинают думать о запутанности как о некотором ресурсе, вроде воды или электроэнергии, который в случае необходимости может быть привлечен к работе. И было бы неплохо иметь возможность создавать запутанность, использовать её и хранить там, где нужно.

Первые два пункта – создание и использование запутанности – являются предметом исследований на протяжении последних 30 или 40 лет. Но задача «хранения» и последующего воспроизведения запутанности не была решена до сих пор. Кристоф Клаузен (Christoph Clausen) и его коллеги из Женевского университета нашли способ сделать это.

Принцип действия созданного учеными устройства основан на свойствах кристалла силиката иттербия, легированного атомами неодима. Такой кристалл в охлажденном состоянии способен поглощать и сохранять фотоны (О создании наиболее эффективной на сегодняшний день квантовой памяти на основе монокристалла Y2SiO5 читайте – «Остановленный свет»). Клаузен попытался ответить на вопрос – а может ли кристалл сохранять и запутанность тоже?

Исследователи создали пару запутанных фотонов и отправили один из них в кристалл. По прошествии некоторого времени фотон был снова излучен кристаллом. Затем ученые провели тест Белла – эксперимент, позволяющий выявить запутанность, - и оказалось, что фотоны все еще запутаны между собой.

Данные Клаузена являются весьма впечатляющими, и причин тому несколько. Во-первых, в сохранении запутанности участвует весь кристалл целиком. Этот кристалл имеет размеры около одного сантиметра, и удивительна сама мысль о том, что запутанность может передаваться от фотона к столь крупному объекту.

Во-вторых, нельзя не отметить возможность передачи запутанности от подвижного кубита (фотона) к стационарному (кристаллу). Причем возможность эта существует и для фотонов с длиной волны 1338 нм, а ведь длины волн именно этого диапазона используются для телекоммуникаций посредством волоконно-оптических кабелей. Другие длины волн хоть и интересны с исследовательской точки зрения, но совершенно бесполезны для практической передачи информации.

И, конечно же, удивителен сам факт того, что запутанность можно сохранить и впоследствии воспроизвести. Это может привести к созданию таких устройств, как квантовые повторители. Квантовый Интернет (и это лишь один из примеров) потребует возможности хранения и передачи запутанных фотонов. Когда-то это казалось неосуществимым на практике, запутанность была слишком хрупким явлением. Но теперь, похоже, переход информационных сетей на квантовые технологии – лишь вопрос времени.

По сообщению Technology Rewiew