Реализовано запутанное состояние отдельного атома и конденсата Бозе — Эйнштейна

Реализовано запутанное состояние отдельного атома и конденсата Бозе — Эйнштейна

Текст: Дмитрий Сафин

Германские физики из Института квантовой оптики им. Макса Планка сумели подготовить запутанное состояние атома и находящегося в тринадцати метрах от него бозе-эйнштейновского конденсата (БЭК).

Хотя запутанность считается исключительно локальным явлением, спроектировать квантовую сеть без использования стационарных кубитов, разнесённых на значительное расстояние и квантовомеханическим образом соединённых друг с другом, невозможно. Работу реальной сети должны обеспечивать связующие звенья — перемещающиеся от одного узла к другому мобильные кубиты, роль которых могут сыграть фотоны.

Новый эксперимент проводился именно по такой схеме. Сначала учёные поместили атом рубидия ⁸⁷Rb в оптический резонатор, после чего, воздействуя на эту частицу лазером, добились испускания одиночного фотона. В итоге было получено вполне обычное запутанное состояние атома и кванта света.

Затем фотон по отрезку оптоволокна отправлялся к БЭК, также подготовленному на основе атомов рубидия. «Конденсат прекрасно подходит для создания квантовой памяти, поскольку он не испытывает возмущений, вызванных тепловым движением, и даёт возможность сохранять информацию на длительное время», — замечает участник исследования Матиас Летнер (Matthias Lettner). При взаимодействии с конденсатом фотон преобразовывался в одиночный магнон — квазичастицу, соответствующую кванту спиновой волны (волны нарушений спинового порядка в упорядоченной среде вроде БЭК). На этой стадии и было реализовано запутанное состояние атома и БЭК, расположенного в отдельной лаборатории.

Четыре этапа эксперимента. Выделены объекты (атом и фотон, атом и БЭК, фотон и второй фотон), находящиеся в запутанном состоянии. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

Чтобы оценить результаты опыта, физики, выждав некоторое время, «извлекали» фотон из БЭК и считывали спиновое состояние атома рубидия в резонаторе, создавая второй фотон. Сформированная пара квантов света, запутанная по поляризации, отправлялась к детекторам.

Выполнив серию измерений при меняющейся временнóй задержке, учёные установили, что запутанное состояние атома и БЭК сохраняется как минимум на 100 мкс. Это время хранения квантовой информации может показаться недостаточным, однако в современных экспериментах подобного рода сотня микросекунд считается значительным достижением.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Института квантовой оптики им. Макса Планка.