Квантово заплитане на светлина и звук – учените създадоха устойчива на външните шумове връзка

Учени създадоха квантово заплитане на най-малките частици светлина и звукови вълни. Устойчивостта на създаденото заплитане към външни шумове е от съществено значение за квантовите компютри.

Физици от института „Макс Планк“ разработиха начин за заплитане на частици от различен вид: единица светлина (фотон) с квантовия еквивалент на звуковата вълна (фонон). Чанглунг Жу, Клаудия Генес и Биргит Щилер нарекоха тази система оптично-акустично заплитане.

Хибридната система е уникално устойчива на външни шумове, което е едно от най-големите предизвикателства пред квантовите технологии. Новото заплитане е значителна стъпка към по-устойчиви квантови компютри. Обикновено квантовото състояние, необходимо за изчисленията, може лесно да бъде нарушено – фактор, който ограничава развитието на квантовите устройства.

Учените работят по решаването на този проблем с помощта на няколко многообещаващи начина. По-голямата размерност намалява влиянието на негативния шум, както и добавянето на повече частици към заплетената система. Едно практическо решение вероятно ще използва повече от един път, така че всяка допълнителна технология се превръща в значителен принос към проблема.

Оптично-акустичното заплитане е доста трудно за постигане, тъй като фотоните и фононите се движат с различна скорост и имат различни енергийни нива. Изследователите са използвали процес, наречен Брилюеново разсейване, при който светлината се разсейва между атомите на даден материал чрез вълни от звукови вибрации, създадени под въздействието на топлината.

В системата, предложена от учените, лазерната светлина и акустичните вълни се подават в твърдотелен вълновод, вграден в кристала, предназначен да създава Брилюеново разсейване. Когато два кванта се движат по една и съща фотонна структура, фононът се движи с много по-ниска скорост, водеща до разсейване, което може да заплете частици, имащи драстично различни енергийни нива.

„Фактът, че системата работи в голям диапазон както от оптични, така и от акустични режими, открива нова перспектива за свързване с непрекъснати режими с голям потенциал за приложения в квантовите изчисления, квантовата памет, квантовата метрология, квантовата телепортация и квантовата комуникация на заплитането, както и за изследване на границата между класическия и квантовия свят“, се казва в изследването.

Интересно в тази технология е и това, че заплитането се постига при по-високи температури, отколкото позволяват другите методи. По този начин заплитането се извежда от криогенната зона и потенциално намалява необходимостта от скъпоструващо охлаждане. Методът е обект на допълнителни изследвания и експерименти, но това е един многообещаващ резултат, казват учените. Изследването е публикувано в списание Physical Review Letters.