Німецькі фізики з Інституту квантової оптики ім. Макса Планка зуміли підготувати заплутаний стан атома і що у тринадцяти метрах від нього бозе-ейнштейнівського конденсату (БЕК).

Хоча заплутаність вважається виключно локальним явищем, спроектувати квантову мережу без використання стаціонарних кубітів, рознесених на значну відстань і квантовомеханічний чином з'єднаних один з одним, неможливо. Роботу реальної мережі повинні забезпечувати сполучні ланки – переміщаються від одного вузла до іншого мобільні кубіти, роль яких можуть зіграти фотони.

Новий експеримент проводився саме за такою схемою. Спочатку вчені помістили атом рубідію 87Rb в оптичний резонатор, після чого, впливаючи на цю частку лазером, домоглися випускання одиночного фотона. У результаті було отримано цілком звичайне заплутаний стан атома і кванта світла.

Потім фотон по відрізку оптоволокна вирушав до БЕК, також підготовленому на основі атомів заліза. «Конденсат чудово підходить для створення квантової пам'яті, оскільки він не відчуває збурень, викликаних тепловим рухом, і дає змогу зберігати інформацію на тривалий час», – зауважує учасник дослідження Матіас Летнер (Matthias Lettner). При взаємодії з конденсатом фотон перетворювався в одиночний Магнон – квазічастинку, відповідну кванту спінової хвилі (хвилі порушень спінового порядку в упорядкованій середовищі начебто БЕК). На цій стадії і було реалізовано заплутаний стан атома і БЕК, розташованого в окремій лабораторії.

Чотири етапу експерименту. Виділено об'єкти (атом і фотон, атом і БЕК, фотон і другий фотон), що знаходяться в заплутаному стані. (Ілюстрація з журналу Physical Review Letters.)

Щоб оцінити результати досвіду, фізики, почекавши якийсь час, «витягували» фотон з БЕК і зчитували спінове стан атома рубідію в резонаторі, створюючи другий фотон. Сформована пара квантів світла, заплутана по поляризації, відправлялася до детекторів.

Виконавши серію вимірювань при мінливій временнóй затримці, вчені встановили, що заплутане стан атома і БЕК зберігається як мінімум на 100 мкс. Цей час зберігання квантової інформації може здатися недостатнім, проте в сучасних експериментах подібного роду сотня мікросекунд вважається значним досягненням.

За матеріалами: Інституту квантової оптики ім. Макса Планка

Tweet