Исследователи из Калифорнийского технологического института преодолели одну из ключевых проблем квантовых технологий — тепловые колебания атомов, которые традиционно считались источником нежелательного шума в квантовых системах. Вместо борьбы с этим явлением физики использовали движения атомов для кодирования квантовой информации.
Мы показываем, что движение атомов, которое обычно рассматривается как источник нежелательного шума в квантовых системах, можно превратить в силу.
Адам Шоу, соавтор исследования
В экспериментах с атомами исследователи добились состояния «гиперзапутанности». Обычная квантовая запутанность связывает две частицы одним свойством: например, если спин одной частицы направлен «вверх», то у ее партнера — он всегда будет направлен «вниз», независимо от того, насколько далеко пара находится друг от друга.
Гиперзапутанность связывает частицы несколькими свойствами одновременно. В эксперименте ученых пары атомов коррелировали сразу по двум параметрам: движению и внутреннему энергетическому состоянию.
Физики использовали оптические пинцеты из лазерного света, которыми захватили отдельные атомы и охладили их почти до полной остановки. Затем атомы заставили колебаться с амплитудой около 100 нм — в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. При этом физикам удалось одновременно возбудить атомы в два отдельных колебания, заставив движение находиться в состоянии суперпозиции.
Затем качая атомы к партнерам, физики создали коррелированное состояние движения на расстоянии в несколько микрометров. После того как атомы были запутаны, их гиперзапутали таким образом, что и движение, и электронные состояния атомов стали коррелироваными. Эксперимент стал первой демонстрацией гиперзапутанности в массивных частицах — ранее подобные состояния удавалось создавать только с фотонами.
Читать далее:
Почему постройки Древнего Рима стоят уже 2000 лет, а современные здания трескаются через 100
Свет не то, чем его считали: открытие этой частицы может изменить физику
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
На обложке: иллюстрация гиперзапутанности атомов. Изображение: AI-generated image by Manuel Endres