Учёные из института Иллинойса создали квантово-механическое состояние, в котором принимают участие три фотона. Такое W-cостояние является уникальной комбинацией, сохраняющей некоторую запутанность даже при исчезновении одного из трех фотонов. Бесспорно, из этой интересной особенности можно извлечь пользу для квантовой связи. Подобные запутанные состояния делают возможными новые эксперименты в области как квантовой, так и классической физики.
Новизна поставленного опыта заключается в выборе ключевого параметра для «запутывания» фотонов. В этот раз таким показателем стал цвет (энергия) фотонов. В предыдущих подобных работах в качестве основного параметра использовалась поляризация. Заключенная в фотоне энергия является относительно стабильной, что существенно снижает риск возникновения искажений в момент распространения фотонов в W-состоянии на большие расстояния. До настоящего момента подобный эксперимент ставился только на двухфотонных подсистемах.
Для создания W-состояния экспериментаторы направляли луч лазера в стеклянное оптоволокно. В процессе, называемом волновым смешиванием, четыре лазерных фотона взаимодействуют с волокном и уничтожаются. После этого возникают две пары фотонов разного цвета (например, два красных и два зеленых фотона). Эти четыре фотона применяются для построения трехфотонного W-состояния. Один из них определяется как зеленый, оставляя три других в W-состоянии, которое состоит из всех возможных итераций двух красных фотонов и зеленого фотона одновременно.
Вирджиния Лоренц, доцент физики и главный исследователь, сравнивает полученную систему с тремя светофорами, которые в одно и то же время показывают все три сигнала, в каждый момент времени изменяя сочетание. По ее словам, цвета фотонов всегда заканчиваются двумя красными и одним зеленым, но конкретная комбинация не становится детерминированной до тех пора, пока не будет осуществлено измерение, что связано с особенностями квантово-механической природы фотонов.
При сопоставлении с другими типами квантовой запутанности, так же содержащими три фотона, W-состояние имеет весомое преимущество, важное для квантовой связи. Оно заключается в том, если один из «участников системы» пропал, то два оставшихся другие два поддерживают состояние запутанности, то есть функционирование системы не останавливается.
Результаты данного эксперимента стали убедительным доказательством того, что W-состояние на самом деле существует. Также важным аспектом исследования является новая методика, пришедшая на смену старым непростым манипуляциям по изменению цвета (энергии) фотонов.
А как вы считаете, насколько перспективны разработки в области квантовой физики, и что они привнесут в нашу жизнь? И обязательно подписывайтесь на канал! Здесь вас ждёт ещё множество интересных открытий из мира науки и техники!