Ученые получили квантовую запутанность необычного типа

МОСКВА, 2 июн — РИА Новости. Испанские физики сообщили о том, что им впервые удалось получить состояние квантового переплетения двух квантовых запоминающих устройств, расположенных в разных лабораториях на расстоянии десяти метров и объединенных фотонами на длине волны связи. Это открывает путь к созданию устройств квантового Интернета будущего, способных работать на больших расстояниях друг от друга. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

В 1990-е годы инженеры добились значительных успехов в области телекоммуникаций, расширив сети за пределы городов и мегаполисов. Чтобы достичь этого, они использовали повторители, которые усиливали ослабленные сигналы, передавая их на большие расстояния. Теперь эту роль выполняют спутники.

Для построения квантового Интернета, наряду с источниками кубитов нужны элементы квантовой памяти, действующие как повторители, использующие в качестве ключевых компонентов системы суперпозицию и запутанность. Но чтобы такая система была управляемой, переплетение квантовой памяти должно создаваться и поддерживаться на больших расстояниях.

Исследователи из Института фотонных наук в Барселоне (ICFO) впервые достигли масштабируемого квантового запутывания между двумя удаленными многомодовыми твердотельными объектами квантовой памяти, которое они поддерживали в течение 25 микросекунд в двух квантовых запоминающих устройствах, расположенных на расстоянии десяти метров друг от друга. Разработанный метод также позволил достичь рекордной скорости запутывания в системе.

В течение нескольких месяцев ученые проводили эксперимент, в котором в качестве ячейки квантовой памяти использовали кристалл, легированный редкоземельными элементами. Два источника генерировали коррелированные пары одиночных фотонов, один из которых отправлялся в квантовую память, состоящую из миллионов атомов, случайно размещенных внутри кристалла, и сохранялся там через протокол, называемый гребенкой атомных частот, а другой, так называемый холостой, — по оптическому волокну на устройство, называемое светоделителем.

Каждый раз, когда ученые видели на мониторе щелчок холостого фотона, попадающего в детектор, они фиксировали запутанность, которая заключалась в том, что сигнальный фотон находился в состоянии суперпозиции между двумя квантовыми запоминающими устройствами, где он хранился как возбуждение, разделяемое десятками миллионов атомов.

"В эксперименте любопытно то, что невозможно узнать, хранился ли фотон в квантовой памяти в лаборатории 1 или в лаборатории 2, которая находилась на расстоянии более десяти метров. Еще более странным и поразительным для нас было то, что мы были способны контролировать это", — приводятся в пресс-релизе ICFO слова первого автора статьи аспиранта Дарио Лаго-Ривера (Dario Lago-Rivera).

В большинстве предыдущих исследований, в которых проводились эксперименты с запутанностью и квантовой памятью, ученые также использовали холостые фотоны для подтверждения, что запутанность между устройствами квантовой памяти была успешной. Но впервые запутанность была создана при обнаружении фотона на телекоммуникационной длине волны и хранилась в квантовой памяти в мультиплексном режиме.

Совместная реализация этих двух условий, по мнению авторов, позволяет использовать разработанную схему на больших расстояниях, а технология мультиплексирования дает возможность передавать несколько сообщений одновременно. В классических телекоммуникациях, использующих для передачи информации Интернет, эта возможность активно используется, а в квантовых технологиях реализована впервые.

Исследователи отмечают, что еще одно важное преимущество их разработки — это то, что ее можно легко интегрировать в существующую классическую сетевую инфраструктуру.