Відроджена заплутаність фотонів може покращити квантовий зв’язок і зображення   

Дослідники в Індії показали, що заплутаність фотонів у певному безперервно-змінному базисі відновлюється, коли фотони поширюються від свого джерела. Відкриття може виявитися корисним для безпечної передачі квантової інформації на великі відстані та для квантового зображення в турбулентному середовищі.

Квантова заплутаність між фотонами широко досліджується фізиками, часто з метою розробки нових квантових технологій для обчислення, зв’язку, зондування та зображення. Деякі потенційні програми вимагають надсилання заплутаних фотонів на великі відстані або через турбулентне середовище без втрат. Однак наразі дуже складно зберегти певні типи заплутаності за таких обставин – і успіх може залежати від багатьох факторів, у тому числі від того, як квантова інформація закодована у фотонах.

зараз Ананд Джа та колеги по Лабораторія квантової оптики та заплутаності в Індійському технологічному інституті в Канпурі запропонували можливе рішення за допомогою використання кутових положень фотонів для кодування інформації. Вони помітили, що заплутаність, здається, зникає, коли фотони поширюються, але потім дивним чином знову з’являється. Вони також показали, що відродження заплутаності відбувається навіть після того, як фотони подорожують крізь турбулентне повітря, яке зазвичай руйнує заплутаність. Вони описують свої дослідження в Наука розвивається.

Фотонне заплутування

Фотони мають багато різних ступенів свободи, які можна використовувати для кодування квантової інформації. Вибір залежить від типу інформації, яку необхідно закодувати. Для кубітів можна використовувати дискретні властивості, такі як поляризація або орбітальний кутовий момент фотона. Але іноді, особливо для цілей зондування та візуалізації, краще кодувати квантову інформацію більш безперервним способом. У таких додатках найбільш дослідженою заплутаною властивістю – або «основою» – є положення фотона, задане його декартовими координатами.

Явище квантової заплутаності надає частинкам більш тісний зв’язок, ніж дозволяє класична фізика, і не залежить від того, який саме базис використовується для кодування квантової інформації. Однак спосіб використання або вимірювання заплутаності в експерименті може не залежати від основи. Це стосується «свідка» заплутаності, який є математичною величиною, яка визначає, чи заплутана система. Свідки залежать від основи для безперервних баз, і ця залежність означає, що деякі типи безперервного заплутування можуть бути більш корисними, ніж інші.

Для основи положення-імпульсу заплутаність, як видно через свідка, згасає дуже швидко, коли фотони поширюються від свого джерела. Щоб уникнути цього, вчені зазвичай створюють зображення самого джерела, використовуючи сплутаність фотонів. Будь-яка турбулентність на шляху також швидко руйнує заплутаність, вимагаючи складних рішень, таких як адаптивна оптика, щоб її відновити. Ці додаткові коригувальні кроки обмежують корисність цих заплутаних фотонів.

Це останнє дослідження Джа та його колег досліджує, як заплутаність може бути збережена за допомогою тісно пов’язаної альтернативної основи – кутового положення фотона.

Створення, втрата та відновлення заплутаності

У своєму експерименті дослідники генерували заплутані фотони, посилаючи світло від потужного лазера «накачування» в нелінійний кристал. За умов, коли енергія та імпульси фотонів зберігаються, один фотон накачування вироблятиме два заплутані фотони в процесі, який називається спонтанним параметричним перетворенням (SPDC). Два фотони заплутані у всіх своїх властивостях. Якщо, наприклад, фотон виявлено в одному місці, положення іншого заплутаного фотона визначається автоматично. Кореляція існує і для інших величин, таких як імпульс, кутове положення та орбітальний кутовий момент.

Як видно зі свідка без будь-яких коригувальних заходів, дослідники помітили, що заплутаність між фотонами зникає приблизно після 4 см розповсюдження. З іншого боку, щось цікаве відбувається для заплутування кутового положення. Він зникає приблизно через 5 см розповсюдження, але після того, як фотони пройдуть ще 20 см, заплутаність з’являється знову (див. малюнок). Дослідники якісно підтвердили свої експериментальні результати за допомогою числової моделі.

Метод дистиляції посилює квантову заплутаність в одній парі фотонів

Така ж тенденція спостерігалася, коли команда створила турбулентне середовище на шляху заплутаних фотонів. Це було зроблено за допомогою обігрівача, щоб перемішувати повітря та змінювати його показник заломлення. У цьому випадку заплутаність відновилася після того, як світло поширилося на більшу відстань приблизно 45 см.

Поки що не зовсім відомо, що викликає повторну появу заплутування в основі кутового положення. Основа особлива, тому що обертається після повного кола. За словами Джа, це один із його відмінних факторів.

Незважаючи на те, що дослідження демонструє надійність на відстанях менше ніж метр, Джа та його колеги стверджують, що відродження можливе також на кілометрових відстанях. Це може зробити можливим передачу квантової інформації через атмосферну турбулентність без руйнування заплутування. Надійність через турбулентність також може дозволити квантове зображення об’єктів у нечітких біохімічних середовищах з мінімальним вторгненням або руйнуванням.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/revived-photon-entanglement-could-enhance-quantum-communication-and-imaging/