Физики смогли добиться квантовой запутанности между единичным атомом и конденсатом Бозе-Эйнштейна, находящимся в другой лаборатории. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Letters, в ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Коротко работа описана на портале PhysOrg.com.

Запутанность – это феномен квантового мира, проявляющийся в том, что несколько элементарных частиц могут быть неким образом связанными друг с другом, и при изменении состояния одной из них немедленно изменяется состояние и других запутанных частиц. Ученые активно рассматривают возможность использовать квантовую запутанность для создания квантовых компьютеров – вычислительных устройств, в которых для проведения вычислений используются «чисто» квантовые свойства частиц, например, их способность находиться в состоянии суперпозиции нескольких состояний. Подробнее о принципах работы квантовых компьютеров можно прочитать тут.

Для создания такого компьютера необходимо, чтобы состояние запутанности создавалось между удаленными системами. Авторы новой работы в качестве «переносчика» запутанности использовали фотон. Ученые запутывали между собой единичный атом рубидия, «пойманный» в оптическом резонаторе, и конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) также на основе атомов рубидия. КБЭ называют особое состояние некоторых веществ при экстремально низких температурах, когда все составляющие его атомы находятся в минимальном энергетическом состоянии. Фактически, КБЭ ведет себя как один гигантский атом. Здесь можно больше узнать о свойствах этого необычного состояния.

На первой стадии эксперимента физики «заставляли» атом рубидия испустить фотон, возбуждая его при помощи лазера, и при этом фотон оказывался запутан с испустившим его атомом. Далее фотон по оптоволоконному кабелю передавался к КБЭ, находящемуся на расстоянии 30 метров в соседней лаборатории, и вызывал изменение состояния КБЭ.

Для того чтобы проверить, что две системы действительно оказывались запутанными, ученые при помощи импульса лазера добивались испускания конденсатом фотона, а также получали второй фотон от единичного атома рубидия. Измерения показали, что эти два фотона оказываются запутанными, причем надежность этого результата составляла 95 процентов.

Недавно другому коллективу исследователей удалось добиться еще одного значимого результата в исследовании квантовой запутанности – специалисты смогли запутать 10 миллиардов кубитов – квантовых аналогов битов, которые должны «работать» в квантовых компьютерах – в твердом носителе.

Результаты исследований опубликованы в статье:

M. Lettner, et al. Remote Entanglement between a Single Atom and a Bose-Einstein Condensate – Physical Review Letters. – Online Publication, 26 May 2011; DOI:10.1103/PhysRevLett.106.210503.