В публикации Physical Review Letters ученые из EPFL предложили экспериментальный протокол для демонстрации QE в макроскопическом масштабе с помощью устройства, которым можно управлять с помощью света. В отличие от других, этот протокол можно выполнить с относительной легкостью, используя современные наноструктуры, которые уже доступны в нескольких лабораториях по всему миру.
Эта перспектива может подтолкнуть наше понимание квантового мира к неожиданным направлениям.«Жуткий экшен на расстоянии»Квантовая запутанность — это интригующее явление, которое происходит, когда элементарные частицы становятся неразрывно связанными таким образом, что, когда изменение вызывается в одной частице, соответствующее изменение происходит с другой, независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся. Две частицы ведут себя как единое целое, и эта «корреляция» отличается от любой, которую может объяснить классическая физика.
Запутанность — настолько странное явление и имеет такие странные последствия для физики, что сам Эйнштейн назвал это «жутким действием на расстоянии».Тем не менее, запутанность между частицами неоднократно демонстрировалась в лаборатории сегодня, при этом канадская фирма даже утверждала, что построила квантовый компьютер в 2011 году. микроскопическое царство элементарных частиц и в повседневный или «макроскопический» мир.
Для проведения этого теста было предложено несколько экспериментов. Однако большинство из них невозможно выполнить, поскольку они зависят от недопустимых параметров и условий, которые не могут быть реально реализованы в сегодняшних лабораториях.Возможный экспериментВинченцо Савона и его постдок Хьюго Флаяк предложили возможный эксперимент в реальном мире, чтобы продемонстрировать запутанность в «макроскопической» сфере.
Дизайн эксперимента основан на его недавних исследованиях в области оптомеханики, которые Савона описывает как «искусство создания систем, в которых свет взаимодействует, строго контролируемым и адаптированным образом, с какой-то механической вибрацией». Эту механическую вибрацию можно представить как музыкальную ноту, исходящую от камертона, но в оптомеханике используются крошечные устройства, специально разработанные для этой цели.
«Эксперимент начинается с одиночного фотона, который находится в квантовой суперпозиции двух состояний», — говорит Савона. «Это еще не запутанность, потому что запутанность по определению должна подразумевать как минимум два объекта, а здесь у нас есть только один фотон. Оптомеханическая система действует таким образом, что независимо от состояния фотона он переводится в состояние механическая вибрация ". В случае, когда фотон находится в квантовой суперпозиции, его состояние преобразуется в пару запутанных механических колебаний («нот») на разных частотах.«Это представляет собой запутанность, — говорит Савона, — потому что каждая« нота »состоит из коллективной вибрации миллиардов атомов, следовательно, есть не одна частица, а миллиарды их.
В конечном итоге это то, что я называю« макроскопической запутанностью ». . "Протокол разработан таким образом, что, как только вибрации преобразуются обратно в свет, последний демонстрирует своеобразную интерференционную картину, отражающую наличие запутанности. «При определенных условиях интерференция вместе с тем фактом, что система содержала не более одного кванта (например, фотона), показывает, что запутанность действительно имела место. В нашем протоколе фаза считывания делает именно это: она проверяет, что только один квант был присутствует внутри системы. Эта проверка, плюс наличие вмешательства, является доказательством наличия запутанности ".Оптомеханическое устройство, используемое в этом эксперименте, называется «фотонно-кристаллическая нанополость» (PCN).
По сути, это наноустройство, спроектированное таким образом, что оно может улавливать и удерживать падающий свет в течение определенного времени, вибрируя на двух разных резонансных частотах. Эксперимент Савоны с квантовой запутанностью использует PCN, который его команда разработала и протестировала ранее в этом году.
Другой ученый EPFL, Тобиас Киппенберг, показал, что этот особый вид PCN при взаимодействии со светом вызывает механические колебания разных частот. «Это была идеальная площадка для эксперимента по запутыванию», — говорит Савона. «В сочетании со способностью этого PCN удерживать свет в течение особенно долгого времени он лег в основу нашего экспериментального предложения».Для эксперимента требуется чрезвычайно низкая температура (0,004 K или -273,146 ° C), что, тем не менее, обычно возможно — опять же благодаря лазерам — в оптомеханических устройствах.
Но экспериментальный план уникален, потому что он предлагает свет как средство для связи квантовой запутанности с макроскопической областью.Он также особенный, потому что в нем сосредоточено внимание на том, что сегодня практически можно сделать в лабораториях. «Наш подход был по существу противоположен другим экспериментальным предложениям», — говорит Савона. «Мы сказали:« давайте посмотрим, какие физические системы у нас есть, которые уже были изготовлены и протестированы; давайте начнем с физических свойств этих систем и посмотрим, сможем ли мы разработать способ создания запутанного состояния механических режимов ». Команда Савоны теперь с нетерпением ждет возможности провести эксперимент в сотрудничестве с другими группами.
