Pirmā 10 fotonu kvantu sapīšanās demonstrācija uzstāda jaunu rekordu

Sapīšanās ir dīvaina parādība, kurā kvantu daļiņas kļūst tik cieši saistītas, ka tām ir viena un tā pati eksistence. Kādreiz reti sastopamas, sapinošās daļiņas ir kļuvušas par rutīnu laboratorijās visā pasaulē.

Fiziķi ir iemācījušies izveidot sapīšanos, pārnest to no vienas daļiņas uz otru un pat destilēt. Patiešām, sapīšanās ir kļuvusi par pašu resursu un ļoti svarīgu resursu visam, sākot no kriptogrāfijas un teleportācijas līdz skaitļošanai un simulācijai.

Bet joprojām pastāv būtiska problēma. Lai veiktu arvien sarežģītākus un jaudīgākus eksperimentus, fiziķiem ir jārada sapīšanās arvien lielākos mērogos, vienlaikus sapinoties vairākām daļiņām.

Tomēr pašreizējie skaitļi ir niecīgi. Fotoni ir kvantu darba zirgi lielākajā daļā laboratoriju, un sapinušo fotonu skaita rekords ir tikai astoņi, kas tiek ražoti ar ātrumu aptuveni deviņi notikumi stundā.

Izmantojot tos pašus paņēmienus, lai izveidotu 10 fotonu skaitīšanas ātrumu, gadā tiktu iegūti tikai 170 fotonu, kas ir pārāk maz, lai tos varētu viegli izmērīt. Tāpēc uzlabojumu izredzes šķita niecīgas.

Tāpēc Si-Lin Wang un viņa draugu darbs Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātē Heifu ir iespaidīgs. Šodien viņi paziņo, ka viņi pirmo reizi ir radījuši 10 fotonu sapīšanu, un viņi to ir paveikuši ar skaitīšanas ātrumu, kas ir par trim kārtām lielāks nekā jebkas, kas līdz šim bija iespējams.

Lielākais fotonu sapīšanas traucēklis ir veids, kā tie tiek ražoti. Tas ietver procesu, ko sauc par spontānu parametrisku lejupvērstu konversiju, kurā viens enerģisks fotons tiek pārveidots divos zemākas enerģijas fotonos beta-bārija borāta kristāla iekšpusē. Šie meitas fotoni ir dabiski sapinušies.

Nepārtraukti sasitot kristālu ar lāzera staru, ir iespējams izveidot sapinušies fotonu pāru plūsmu. Tomēr lejupvērsuma ātrums ir niecīgs, tikai viens fotons uz triljonu. Tāpēc ir ļoti svarīgi efektīvi savākt sapinušos pārus.

Tas nav viegls uzdevums, jo īpaši tāpēc, ka fotoni izplūst no kristāla nedaudz dažādos virzienos, un nevienu no tiem nevar viegli paredzēt. Fiziķi savāc fotonus no diviem punktiem, kur tie, visticamāk, parādās, bet lielākā daļa sapinušo fotonu tiek zaudēti.

Xi-Lin un co ir risinājuši šo problēmu, samazinot nenoteiktību fotonu virzienos. Patiešām, viņi ir spējuši veidot sapinušos fotonu starus tā, lai tie veidotu divus atsevišķus apļveida starus, kurus var vieglāk savākt.

Tādā veidā komanda ir radījusi sapinušos fotonu pārus ar ātrumu aptuveni 10 miljoni uz vienu lāzera jaudas vatu. Tas ir aptuveni četras reizes spilgtāks nekā iepriekšējie sapīšanās ģeneratori. Tieši šis uzlabojums padara iespējamu 10 fotonu sapīšanu.

Viņu metode ir savākt piecus secīgi ģenerētus sapinušos fotonu pārus un nodot tos četru staru sadalītāju optiskajā tīklā. Pēc tam komanda ievieš laika aizkavi, kas nodrošina, ka fotoni vienlaicīgi nonāk pie staru sadalītājiem un tādējādi sapinās.

Tas rada 10 fotonu sapinušo stāvokli, lai gan ar ātrumu aptuveni četri stundā, kas ir zems, bet beidzot izmērāms pirmo reizi. Mēs pirmo reizi demonstrējam īstu un destilējamu 10 atsevišķu fotonu sapīšanu, saka Xi-Lin un co.

Tas ir iespaidīgs darbs, kas nekavējoties paver jaunas paaudzes eksperimentu izredzes. Aizraujošākais no tiem ir paņēmiens, ko sauc par bozona paraugu ņemšanu, un fiziķi cer, ka tas pierādīs, ka kvantu datori patiešām spēj to, ko klasiskie datori nespēj.

Tas ir svarīgi, jo neviens nav izveidojis jaudīgāku kvantu datoru par kabatas kalkulatoru (neskaitot strīdīgos D-Wave rezultātus). Arī viņi tuvākajā nākotnē to nedarīs. Tātad bozonu paraugu ņemšana ir kvantu fiziķu lielākā cerība, kas ļaus viņiem pirmo reizi demonstrēt kvantu skaitļošanas prātam neaptveramo spēku.

Iespējamas kļūst arī citas lietas, piemēram, trīs brīvības pakāpju kvantu teleportācija vienā fotona un vairāku fotonu eksperimenti ļoti lielos attālumos.

Taču tieši bozona paraugu ņemšanas iespēja radīs impulsu kvantu fizikas kopienai.

Atsauce: arxiv.org/abs/1605.08547 : Eksperimentāla desmit fotonu sapīšanās

paslēpties