Światowy rekord w splątaniu fotonów

Fizycy z Chin splątali osiem fotonów znajdujących się w tzw. „stanie kota Schrödingera”, dzięki czemu pobili należący również do nich, od 2007 roku, rekord w ilości splątanych fotonów (poprzedni rekord wynosił sześć fotonów). Stan kota Schrödingera odgrywa istotną rolę m.in. w metrologii protokołów kwantowych oraz kwantowych obliczeniach.

Kot Schrödingera

W słynnym eksperymencie myślowym Erwina Schrödingera z 1935 roku, wszystkie cząsteczki, z których składa się kot mogą znajdować się w superpozycji dwóch skrajnych stanów – „żywym” i „nieżywym” – w związku z czym obserwator nie może jednoznacznie stwierdzić, w którym z tych dwóch stanów rzeczywiście znajduje się kot. Od tego czasu „stan kota Schrödingera” (lub stan Greenbergera-Horna-Zeilingera) służy do opisu wielocząsteczkowych układów kwantowych występujących w superpozycji skrajnych stanów.

Splątanie jest efektem kwantowym opisującym pewien skorelowany stan kwantowy układu dwóch lub więcej cząstek, np. fotonów, który, w sprzeczności z mechaniką klasyczną, jest lepiej określony jako całość niż poszczególne jego części. Dokonując pomiaru polaryzacji pojedynczej pary fotonów, posiadamy jednocześnie informację o stanie innych par bez względu na dzielącą ich odległość.

Stan kota Schrödingera dla ośmiu splątanych fotonów został wytworzony przez zespół fizyków kierowany przez Jian-Wei Pana z University of Science and Technology of China w Hefei. Naukowcy rozpoczęli badania od pobudzania światłem laserowym nieliniowych kryształów, które dokonywały konwersji pojedynczych wysokoenergetycznych fotonów w niskoenergetyczne pary splątanych fotonów o prostopadłej polaryzacji. Polaryzacja jednego z fotonów była obracana o kąt 90^o, co pozwoliło „wprowadzić” każdą parę w dwufotonowy stan kota Schrödingera.

Splątane fotony

Następnie jeden foton z każdej pary był łączony w kwartet przy użyciu sieci optycznej składającej się z trzech polaryzacyjnych dzielników wiązki. Pojedyncze fotony opuszczały tak stworzoną sieć optyczną, pod warunkiem posiadania przez wszystkie fotony jednakowej polaryzacji. Ponieważ każdy z czterech fotonów był już wcześniej splątany z innym fotonem, tak więc wszystkie osiem fotonów musiało być splątanych w stanie kota Schrödingera. Efekt splątania, jak wynikło z eksperymentu, stał się konsekwencją pomiaru polaryzacji wszystkich ośmiu fotonów. Ujawniło to „wierność” ośmiofotonowego stanu kota Schrödingera. Wartość wierności zmierzona przez zespół badaczy wyniosła 0,708, czyli znacznie więcej niż wynosi wartość progowa (0,5), powyżej której stan kwantowy można uważać za splątany. Według Xiao-Qi Zhou z University of Bristol w Wielkiej Brytanii, Pan i jego zespół zdołali splątać osiem fotonów, ponieważ dzięki parametrycznemu obniżeniu konwersji udało im się rozdzielić fotony na dwie wiązki: zwyczajną oraz nadzwyczajną.

Stan kota Schrödingera może być szczególnie przydatny w systemach kwantowej korekcji błędów zabezpieczających kwantowe obliczenia przed niszczącym wpływem szumów. Na przykład, jeden bit informacji kwantowej (qubit) może zostać zakodowany na wszystkich ośmiu fotonach znajdujących się w stanie kota Schrödingera. Jeżeli polaryzacja jednego z ośmiu fotonów zostanie np. przypadkowo odwrócona, może zostać skorygowana poprzez określenie wartości pozostałych siedmiu fotonów.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com