Лазер помог связать квантовые системы на большом расстоянии

Впервые исследователям удалось создать сильную связь между квантовыми системами на большом расстоянии. Они достигли этого с помощью нового метода, использующего сеть лазеров. Это позволяет почти без потерь обмениваться информацией и обеспечивает сильное взаимодействие между системами. Статья о работе исследователей опубликована в журнале Science.

Квантовая технология сегодня является одной из самых быстроразвивающихся областей науки. Она использует особые свойства атомов и квантов для разработки, например, новых медицинских или навигационных датчиков, сетей обработки информации и мощных вычислительных инструментов. Создание квантовых состояний обычно требует сильного взаимодействия между участвующими системами, например между несколькими атомами или наноструктурами.

Однако до сих пор достаточно сильные взаимодействия ограничивались только довольно короткими расстояниями. Как правило, две системы должны быть размещены близко друг к другу на одном чипе при низких температурах или в одной вакуумной камере, где они могли бы взаимодействовать с помощью электростатических или магнитостатических сил. Однако для таких применений, как квантовые сети или некоторые типы датчиков, требуется осуществление взаимодействия на более дальних расстояниях.

Группа физиков из Базельского и Ганноверского университетов впервые продемонстрировала создание сильной связи между двумя квантовыми системами на большом расстоянии при комнатной температуре. В своем эксперименте ученые использовали лазерный свет, чтобы связать колебания тонкой мембраны толщиной 100 нанометров со спином атомов на расстоянии одного метра. В результате каждая вибрация мембраны приводила в движение спин атомов и наоборот.

Эксперимент основан на концепции, которую ранее разработали авторы работы. Она заключается в многократной передаче лазерного луча между системами. При этом свет ведет себя как механическая пружина, натянутая между атомами и мембраной, связывая эти две системы и передавая изменения их состояний друг другу. В этой лазерной петле можно управлять свойствами света таким образом, что при этом информация об изменениях в какой-либо из систем не потеряется в окружающей среде и таким образом не нарушит квантово-механическую связь.

В новой работе исследователям впервые удалось экспериментально реализовать эту концепцию и использовать ее в ряде экспериментов. Помимо связывания атомов с наномеханическими мембранами, новый метод может также использоваться в ряде других применений: например, при связывании сверхпроводящих кубитов или твердотельных спиновых систем, используемых в квантовых вычислениях. Новая техника свет-опосредованного соединения может быть использована для объединения таких систем, создания квантовых сетей для обработки информации и моделирования.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.