62 пикосекунди срещу 36 наносекунди – Физиците за първи път създадоха свръхдълготрайно квантово заплитане

Квантовите системи вече ще могат да съхраняват информацията по-дълго от всякога.

Екип от изследователи от UNIST за първи път експериментално показа, че колективното квантово заплитане може да се формира на базата на т.нар. тъмни състояния – досега за тях се говореше само на теория. Резултатите са публикувани в списание Nature Communications.

За разлика от „светлите“ състояния, тъмните състояния почти не взаимодействат с външните смущения и съществуват много по-дълго. Това ги прави обещаваща основа за създаването на квантови памети и свръхчувствителни сензори.

Научната работа се ръководи от професор Дже Хьонг Ким от катедрата по физика на UNIST, заедно с д-р Чангхьоп Лий от KRISS и д-р Джин Донг Сонг от KIST. Учените са успели контролирано да предизвикат колективно заплитане в основата на тъмното състояние. като времето му на живот е било установено, че е около 600 пъти по-дълго от това на обикновените светли състояния.

Заплитането на множество неразличими частици обикновено се проявява като светли или тъмни състояния. Тъмните са практически „невидими“ за излъчването, така че заплитането в тях може да се запази много по-дълго. Това свойство отдавна привлича вниманието като възможна основа за съхраняване и предаване на квантова информация, но да се създадат и поддържат такива състояния в реални експерименти беше необичайно трудно.Изследователите са преодолели тези трудности, като са използвали нанорезонатор, който има фино настроени загуби, балансирайки силата на връзката между квантовите точки и разсейването на самата кавитация.

„Ако загубите са твърде високи, квантовите точки се държат независимо и не си влияят една на друга. А ако връзката е достатъчно силна, се формира колективно заплетено състояние, което е устойчиво на външна намеса“, обяснява водещият автор на статията д-р КюЮНГ КИМ (KyuYoung Kim).

При експериментите заплитането в тъмното състояние се запазва до 36 наносекунди – около 600 пъти по-дълго от типичните 62 пикосекунди за светлите състояния. Освен това учените регстрираха доказателства за некласическото групиране на фотоните, което е пряко доказателство за формирането на тъмното състояние.

Въпреки че подобни състояния обикновено потискат излъчването на фотони, при определени условия заплетените квантови точки излъчват едновременно – още една демонстрация на необичайните им свойства.

„Експерименталното реализиране на заплитането на тъмно състояние, което досега се разглеждаше само теоретично, показва: ако загубата е правилно „проектирана“, квантовите корелации могат да се поддържат дълго време“, казва професор Ким. – Това открива пътя към нови устройства за съхраняване на квантова информация, високоточни сензори и енергоспестяващи технологии, базирани на квантовите принципи.“

Това е ключово откритие в света на квантовата физика. Квантовото заплитане е в основата на бъдещите квантови компютри, но е изключително нестабилно и се разпада за части от секундата. Удължаването на този процес от пикосекунди на наносекунди е голям пробив.