Квантовая запутанность всегда связана с микроскопическим миром, но она также имеет поразительные макроскопические эффекты, такие как сжатие света или сверхпроводимость, физическое явление, которое позволяет высокоскоростным поездам левитировать. Сжатый свет не сжимается физически, но им управляют таким образом, чтобы одно из его свойств было очень хорошо определено, например, его поляризация.
По сравнению с обычным светом, лазерный свет, состоящий из независимых фотонов, имеет чрезвычайно небольшую, но ненулевую неопределенность поляризации. Эта неопределенность или «квантовый шум» напрямую связана с существованием фотонов, квантов наименьшей энергии света.
Теперь у сжатого света есть неопределенность, которая находится ниже этого уровня. Следовательно, в оптической связи сжатый свет может помочь передавать гораздо более слабые сигналы с тем же отношением сигнал / шум и той же мощностью света. Его также можно использовать для передачи секретных ключей двум удаленным сторонам с помощью квантовой криптографии.Хотя долгое время считалось, что многие макроскопические явления вызваны крупномасштабной запутанностью, до сих пор эта связь была предложена только теоретически.
С другой стороны, текущее компьютерное моделирование запутанных частиц не помогло выявить какие-либо новые свойства, касающиеся этой взаимосвязи, поскольку требуемые память и время процессора экспоненциально растут с увеличением количества запутанных частиц, что ограничивает исследования только несколькими частицами. Несмотря на эти проблемы, эксперименты со сжатием спина смогли заявить о наблюдении многих запутанных атомов, но эти заявления являются косвенными, поскольку они измерили макроскопические свойства и использовали теорию для вывода запутанности.ICREA Профессор ICFO Морган Митчелл комментирует: «Я постоянно поражаюсь квантовой механике. Когда появились теоретические предсказания, в которых говорилось, что внутри сжатого состояния должно быть море запутанных частиц, я был поражен.
Я знал, что мы должны сделать экспериментируйте, чтобы увидеть это поближе ".Теперь ученые ICFO впервые смогли напрямую и экспериментально подтвердить эту связь. Для этого они создали пучок сжатого света, который, по прогнозам, почти полностью состоит из запутанных фотонов.
Затем они случайным образом извлекли небольшое количество фотонов и измерили их квантовое состояние, в частности, состояние совместной поляризации пар фотонов. Преодолев множество экспериментальных препятствий, они обнаружили, в соответствии с теоретическими предсказаниями, что любые два фотона рядом друг с другом запутываются. Изменяя плотность пучка, они также наблюдали эффекты моногамии запутанности, когда частицы могут быть сильно запутаны, только если у них мало партнеров по запутанности. Федерика Бедуини заявляет, что «эксперимент был ужасно трудным; нам пришлось сочетать сжатие с обнаружением запутанных фотонов.
Было много нерешенных проблем. Нам пришлось изобрести много вещей, например, сверхузкие оптические фильтры, чтобы эксперимент стал возможным».
Результаты этого исследования показывают многообещающие достижения для других макроскопических систем многих тел и квантовых газов, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна, для будущего исследования сверхпроводимости и сверхтекучести, оптических коммуникаций или исследования и разработки кубитов для квантовых вычислений.