IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch
Исследователи из Университета Инсбрука достигли рекорда по передаче квантовой запутанности между материей и светом. Используя оптоволоконные кабели, ученые передали квантовую информацию на расстояние в 50 километров. Об этом авторы работы рассказали в журнале npj Quantum Information.
Запутывание — это связь, которая может быть создана между двумя объектами квантового мира, такими как кубиты. Когда два кубита запутаны и ученые изменяют свойства одного из них, изменятся и свойства второго, даже если этот второй кубит физически находится очень далеко. В роль изменяющегося свойства выступает спин — собственный момент вращения элементарной частицы.
В новой работе группа ученых при поддержке Научно-исследовательская лаборатории армии США провела эксперимент с атомом кальция, попавшим в ионную ловушку. Используя лазерные лучи, исследователи записали квантовое состояние на ионе и одновременно перевели его в возбужденное состояние. Затем ион кальция перешел обратно в основное состояние и испустил фотон, в котором хранилась квантовая информация. В результате квантовые состояния атома и элементарной частицы оказались запутанными.
Следующий шаг состоял в том, чтобы передать этот фотон на расстояние. Загвоздка состояла в том, что фотон, испускаемый ионом кальция, имеет длину волны 854 нм и быстро поглощается оптическим волокном. Поэтому ученые сначала пропустили квант света через нелинейный кристалл, освещенный сильным лазером. Это позволило изменить длину волны фотона и увеличить ее до 1550 нм — излучение именно с таким значением этого параметра используется в системах передачи данных. Затем исследователи направили этот фотон через 50-километровую оптоволоконную линию. Конечные измерения показали, что атом и фотон все еще были запутаны даже после преобразования длины волны и пройденного расстояния.
«Расстояние в 50 километров на два порядка превышает все предыдущие рекорды. Теперь мы впервые получили практический результат, который в скором будущем позволит нам начать строить междугородние квантовые сети», — заявил научный руководитель проекта, физик-экспериментатор из Университета Инсбрука Бен Леньон.