На страницах нашего сайта мы недавно рассказывали о том, что ученые продолжают исследовать явление квантовой запутанности и даже открывать его совершенно новые виды. Напомним, что это явление заключается в невидимой связи двух частиц, действующей на любом расстоянии, и любое изменение квантового состояния одной частицы приводит к синхронному изменению состояния второй частицы. Это явление уже используется достаточно широко в технологиях шифрования, квантовых коммуникаций и вычислений. Но у явления квантовой запутанности имеется одна отрицательная черта - как только один из запутанных объектов взаимодействует с чем-то посторонним, запутанность тут же полностью разрушается.
В данном направлении работают и ученые-физики из Института физики университета Сан-Паулу (University of Sao Paulo's Physics Institute, IF-USP), Бразилия. И недавно им удалось создать источник света, вырабатывающий два запутанных луча.
"Этот источник света построен на базе оптического параметрического генератора (optical parametric oscillator, OPO), которые обычно состоят из кристаллов с нелинейными оптическими свойствами, заключенными между двумя зеркалами и формирующими полость оптического резонатора" - пишут исследователи, - "Когда луч яркого зеленого лазера освещает кристалл, то такая оптическая система производит два луча света, фотоны которых запутаны на квантовом уровне".
Как можно понять из вышесказанного, источники двух лучей запутанного света не являются чем-то диковинным. Однако такие источники, созданные на базе OPO с кристаллами, несколько бесполезны, из-за своей специфической частоты (длины волны) свет от таких источников не может эффективно взаимодействовать с элементами других квантовых систем, такими, как холодные атомы, ионы, квантовые точки на кремниевых чипах и т.п.
Бразильским ученым удалось побороть эту проблему, использовав в качестве ядра OPO облако охлажденных атомов рубидия вместо нелинейного кристалла. Вырабатываемые таким источником два луча запутанного света по частоте и по другим параметрам полностью совместимы с элементами других квантовых систем, и их уже сейчас можно использовать для передачи квантовой информации.
Однако, результатов первых экспериментов было недостаточно для того, чтобы можно было с полной уверенностью утверждать о запутанности двух лучей света. Поэтому бразильские ученые через время повторили эксперимент, добавив датчики, способные обнаружить квантовые корреляции (запутанность) между амплитудой, фазой и другими параметрами фотонов света.
Полученные в ходе второго эксперимента результаты показали, что ученым удалось даже добиться большего, чем то, на что они рассчитывали сначала. Структура квантовой запутанности оказалась гораздо более "богатой", вместо двух запутанных спектральных групп, ученые получили сложную систему из четырех запутанных по фазе и амплитуде спектральных групп.
Помимо создания сложной системы запутанности, OPO на базе атомов рубидия имеют несколько преимуществ по сравнению с "кристаллическими" OPO, которые должны иметь зеркала, способные сохранять свет в полости резонатора длительное время. Использование облака атомов, в котором два луча света генерируются более быстро и эффективно, позволило совсем отказаться от использования зеркал, что значительно упростило структуру источника света.
Отметим, что это также не первый раз в истории науки, когда ученые пытались создать источник двух запутанных лучей света при помощи облака холодных атомов. Однако, все предыдущие попытки закончились провалом, ученым так и не удалось подтвердить возникновение стабильных квантовых корреляций. "Мы же выяснили, что такое возможно только в узком определенном температурном диапазоне" - пишут бразильские ученые, - "По всей видимости, другие эксперименты проводились при температурах, не попадающих в нужный диапазон. И поэтому исследователям так и не удалось зарегистрировать квантовые корреляции".