Израильские ученые открыли новый тип квантовой запутанности

Ученые Хайфского Техниона продемонстрировали новую форму квантовой запутанности фотонов для полного углового момента. Новый тип квантовой запутанности открыт впервые за 20 лет.

Работа опубликована в журнале Nature.

Квантовая запутанность позволяет реализовать невозможные в классической физике методы передачи и обработки информации, такие как квантовая телепортация. Это делает ее ключевым явлением для квантовых вычислений, интернета и криптографии. И любое продвижение в исследованиях этого явления крайне важно для будущих технологий.

Квантовая запутанность была продемонстрирована на сегодняшний день для самых разных частиц и для их различных свойств. У фотонов – частиц света – "запутать" можно направление движения, частоту (цвет) или направление, в котором указывает их электрическое поле. Как показали израильские физики, запутанность можно продемонстрировать для такого свойства, как полный угловой момент.

Например, Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, и ее полный угловой момент складывается их этих двух вращений. Если мы возьмем фотон у него есть спин (квантовый аналог вращения вокруг собственной оси) и собственное круговое движение. Но как оказалось эти два компонента вращения в некоторых случаях сливаются в один. Ученые поместили фотон в наноструктуру в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Как показали эксперименты, если размеры наноструктуры меньше длины волны фотона, оба типа вращений фотона невозможно разделить, и фотон характеризуется полным угловым моментом. Это свойство фотонов ученым удалось "запутать" в наноструктуре.

Исследователи Техниона продемонстрировали процесс, которому подвергаются фотоны с момента их введения в наноструктуру до выхода из измерительной системы. В серии измерений исследователи сопоставили состояния фотонов, запутали их и подтвердили соответствие между парами фотонов, которое указывает на квантовую запутанность.

Новый вид квантовой запутанности открыт впервые более чем 20 лет. В будущем это может привести к разработке новых инструментов для проектирования квантовых коммуникационных и вычислительных компонентов на основе фотонов. Создание фотонных чипов, в которых информация передается через запутанные состояния полного углового момента, может революционизировать квантовую связь, сделав ее более помехоустойчивой и энергоэффективной.