Физици заплетоха почти 3000 атома с един-единствен фотон

Физици от Масачузетския технологичен институт и университета на Белград са разработили нова технология, с която са успели да заплетат на квантово ниво едновременно 2920 атома с използването на един-единствен фотон.

Това е най-голямото количество атоми, заплитани някога по време на изследвания и експерименти.

Учените смятат, че разработената от тях технология при известна адаптация може да стане практически метод за получаване на групи заплетени атоми, които на свой ред могат да станат ключови компоненти на нови точни атомни часовници, квантови комуникационни системи и квантови компютри.

„Да се постигне реализация на квантово заплитане на 3000 атома с помощта на един фотон, е практически невъзможно с обичайни методи“, разказва Владан Вулетик (Vladan Vuletic), професор от Физическия факултет на Масачузетския технологичен институт.

„Но ние успяхме да открием съвсем нов клас заплетено състояние на квантовите обекти, който получихме с въздействието на един-единствен фотон. И сега открихме и изследваме още няколко нови класа квантово заплитане, с които може да се творят съвсем удивителни неща.“

Множество учени са провеждали експерименти, опитвайки се да заплетат на квантово ниво едновременно множество атоми. Не може да се каже, че тези опити са били съвсем безуспешни и предишният рекорд е квантово заплитане на група, състояща се от 100 атома.

Професор Вулетик и колегите му успели да заплетат едновременно 2910 атома от група, която наброявала 3100 атома. Те използвали много слаб импулс лазерна светлина, който съдържал един-единствен фотон.

„Колкото по-слаба светлина използваме, толкова по-добре – разказва проф. Вулетик. – По-силната светлина по-бързо разрушава крехката квантова структура на облака атоми, а така цялата система остава в сравнително чисто квантово състояние.“

Учените започнали заплитането на атомите с охлаждане на облака атоми и захващането им с лазерен капан. След това в този облак бил изпратен импулс лазерна светлина, състоящ се от един фотон. Този фотон, преминавайки през облака и взаимодействайки по пътя с атомите, се улавял на изхода от високочувствителен датчик, способен да измери точно всичките му характеристики.

Ако фотонът, преминавайки през облака атоми, не взаимодейства с нито един от тях, неговата поляризация остава неизменна. В противен случай поляризацията му се измества с определен ъгъл при всяко взаимодействие с атом. Естествено, върху поляризацията му оказва влияние и квантовият шум, създаван от атомите, въртящи се по и срещу часовниковата стрелка.

„От време на време наблюдавахме фотона, чиято поляризация беше строго перпендикулярна на ъгъла на неговата начална поляризация – разказва Вулетик. – Нашите изчисления показаха, че фотонът може да придобие такъв ъгъл на поляризация само под влияние на група от множество заплетени атоми, които той самият е заплел.“

Сега екипът на Вулетик, с помощта на метода за детектиране на единични фотони и откритото специфично състояние на квантово заплитане, работи над опит да преодолее ограниченията, налагани от така наречения стандартен квантов предел (standard quantum limit), който определя предела на точността на всички измервания, провеждани в пределите на квантовите системи.

„Това специфично състояние на квантово заплитане ще позволи да се увеличи точността на атомните часовници минимум два пъти – твърди проф. Вулетик. – А другите квантови състояния, които ние изучаваме в момента, ще позволят да се повдигне точността още повече.“

 Източник: DailyTechInfo