Квантовый барьер преодолен. Физики впервые напрямую измерили сложное состояние запутанности трех фотонов
Физики впервые разработали методику для прямого измерения сложных W-состояний квантовой запутанности, преодолев барьер, который держался более четверти века.
Квантовая запутанность остается одним из самых впечатляющих и контринтуитивных явлений современной физики. Когда фундаментальные элементарные частицы образуют запутанную систему, они теряют индивидуальную идентичность и находятся в суперпозиции до момента непосредственного измерения. Это удивительное явление не зависит от пространственного расстояния, но и не позволяет передавать классическую информацию быстрее скорости света. Однако именно многочастичная запутанность является фундаментом для развития будущих квантовых вычислений и безопасных систем связи.
Группа физиков из Киотского и Хиросимского университетов сделала грандиозный шаг в этом направлении. В своей работе, опубликованной на страницах журнала Science Advances, исследователи впервые представили экспериментальную демонстрацию измерения так называемых W-состояний для трех фотонов. Ранее ученым удавалось работать только с более простыми сословиями Гринбергера-Хорна-Зейлингера (GHZ). В отличие от них, W-состояния обладают уникальной устойчивостью: в случае потери одной из запутанных частиц остальные объекты сохраняют свою ценную связь.
Для проведения сложного эксперимента ученым пришлось обойти классические препятствия квантовой томографии, требующей огромного количества идентичных систем и бесчисленных шагов из-за разрушения квантового состояния во время наблюдения. Физики применили инновационное оптическое приспособление на основе дискретного преобразования Фурье, выполнявшего роль высокоточного интерферометра.
Отправленные через него фотоны взаимодействовали благодаря интерференции волн, позволив зафиксировать циклическую симметрию сдвига системы без пошагового разрушения.
Полученные результаты показали среднюю точность распознавания приблизительно на 87 процентов, что уверенно превысило теоретический порог и подтвердило жизнеспособность выбранной методики. Несмотря на незначительные погрешности, вызванные несовершенством создания фотонов, технология открывает огромные перспективы. В дальнейшем команда планирует интегрировать фотонные квантовые схемы непосредственно на микрочипы, что приблизит создание новейших криптографических средств и ускорит разработку жизненно важных медицинских препаратов.