Концепція квантової заплутаності символізує розрив між класичною та квантовою фізикою. По суті, неможливо описати фізику кожного фотона окремо, і тому ця ключова характеристика квантової механіки суперечить класичному уявленню про те, що кожна частинка повинна мати свою власну реальність. Розуміння потенціалу цієї концепції має важливе значення для реалізації нових потужних квантових технологій.
Розробка таких технологій вимагатиме здатності вільно генерувати багатофотонний квантовий заплутаний стан, а потім ефективно визначати, який саме заплутаний стан присутній. Однак при виконанні звичайної квантової томографії, методу, широко використовуваного для оцінки стану, кількість необхідних вимірювань зростає експоненційно з кількістю фотонів, що створює серйозну проблему збору даних.
Якщо це можливо, заплутане вимірювання може ідентифікувати заплутаний стан за допомогою одноразового підходу. Таке вимірювання для заплутаного квантового стану Грінбергера-Горна-Цейлінгера (GHZ) було реалізовано, але для стану W, іншого типового заплутаного багатофотонного стану, воно не було ні запропоновано, ні виявлено експериментально.
Це спонукало групу дослідників з Кіотського університету та Університету Хіросіми прийняти цей виклик і врешті-решт успішно розробити новий метод заплутаного вимірювання для ідентифікації стану W.
«Минуло понад 25 років після початкової пропозиції щодо заплутаного вимірювання для станів GHZ, ми нарешті отримали заплутане вимірювання і для стану W, з справжньою експериментальною демонстрацією для 3-фотонних станів W», — каже співавтор статті Сігеки Такеуті.
Команда зосередилася на характеристиках циклічної зсувної симетрії стану W і теоретично запропонувала метод створення заплутаного вимірювання з використанням фотонного квантового контуру, який виконує квантове перетворення Фур'є для стану W будь-якої кількості фотонів.
Вони створили пристрій для демонстрації запропонованого методу для трьох фотонів з використанням високостабільних оптичних квантових контурів, що дозволило пристрою стабільно працювати без активного керування протягом тривалого періоду часу. Введучи в пристрій три одинарні фотони в відповідних станах поляризації, команда змогла продемонструвати, що пристрій може розрізняти різні типи трифотонних станів W, кожен з яких відповідає певній некласичній кореляції між трьома вхідними фотонами. Дослідники змогли оцінити точність заплутаного вимірювання, яка дорівнює ймовірності отримання правильного результату для чистого вхідного стану W.
Це досягнення відкриває шлях до квантової телепортації, або передачі квантової інформації. Воно також може призвести до появи нових протоколів квантового зв’язку, передачі багатофотонних квантових заплутаних станів і нових методів квантових обчислень на основі вимірювань.
«Для прискорення досліджень і розробок у галузі квантових технологій вкрай важливо поглибити наше розуміння основних концепцій, щоб приходити до інноваційних ідей», — каже Такеуті.
Коментарі