Беглый взгляд на макроскопическое квантовое состояние

Недавно исследователи во главе с профессором Морганом Митчеллом впервые обнаружили сцепленность отдельных фотонных пар в луче сжатого света.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters.

Квантовая сцепленность связана с микроскопическим миром, но имеет также удивительные макроскопические эффекты, например, сжатие света или сверхпроводимость, физическое явление, которое позволяет высокоскоростным поездам левитировать.

Сжатый свет физически не сжимается, но управляется так, что одно из его свойств очень хорошо определено, например, его поляризация. По сравнению с обычным светом лазерный свет, состоящий из отдельных фотонов, обладает чрезвычайно малой, но не равной нулю неопределенностью поляризации. Эта неопределенность или квантовый шум прямо связана с существованием фотонов, наименьших энергетических квант света. Сегодня сжатый свет имеет неопределенность, которая значительно ниже этого уровня. Поэтому в оптических коммуникациях сжатый свет способен помочь в передаче значительно более слабых сигналов с одинаковым отношением сигнала к шуму и одинаковой мощностью света. Также он может использоваться для распределения секретных ключей к двум удаленным сторонам посредством квантовой криптографии.

Хотя долгое время считалось, что множество макроскопических явлений вызвано квантовой сцепленностью, до сих пор эта связь предлагалась лишь теоретически. С другой стороны, современные компьютерные симуляции сцепленных частиц не могли помочь различить любые новые свойства этой связи, поскольку требуемые память и процессорное время растут по экспоненте с количеством сцепленных частиц, ограничивая исследования несколькими частицами. Несмотря на эти проблемы, эксперименты спинового сжатия позволяют наблюдать множество сцепленных атомов, однако эти потребности являются косвенными, поскольку измеряют макроскопические свойства и используют теорию для выведения сцепленности.

«Меня все время поражает квантовая механика», заявил профессор Митчелл. „Когда появились теоретические предсказания, согласно которым должно существовать море сцепленных частиц в сжатом состоянии, я был поражен. Я знал, что для того, чтобы убедиться в этом, нам следует провести эксперимент“.

И вот теперь впервые исследователи сумели напрямую и экспериментально подтвердить эту связь. Для этого они изготовили луч сжатого света, который, как было предсказано, состоит полностью из сцепленных фотонов. Затем ученые выделили небольшое произвольное количество фотонов и измерили их квантовое состояние, в частности совместная поляризация состояний фотонных пар. После преодоления множества экспериментальных преград ученые установили, что сцепленными бывают два фотона, расположенные рядом. Изменив плотность луча, исследователи также наблюдали эффекты моногамной сцепленности, при которой частицы могут быть прочно сцеплены только в том случае, если у них есть немного сцепленных партнеров.

«Эксперимент был очень сложным; нам пришлось совместить сжатие с определением сцепленных фотонов. Было много нерешенных проблем. Мы столкнулись со многими вещами, такими как суперузкие оптические волокна, чтобы эксперимент удался», заявила исследователь Федерика Бедуини.

Результаты исследования демонстрируют многообещающие прорывы для других макроскопических многоэлементных систем и квантовых газов, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна, в будущих исследованиях сверхпроводимости и сверхтекучести, оптических коммуникаций, или в научных исследованиях кубитов для квантовых компьютеров.

27.03.2015


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
EHJ-DH: Инструмент на основе ИИ успешно предсказывает фатальный сердечный ритм
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Ученые предложили способ узнать, когда именно появляется сознание у младенцев
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Воздействие табака до рождения повышает риск развития диабета 2 типа у взрослых
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
NMI: Создана модель ИИ для разработки новых антибиотиков против супербактерий
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
Низкий социальный статус повышает риск проблем со здоровьем из-за алкоголизма
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса