Фізики знайшли спосіб об'єднати світло і звук у дивному квантовому стані: це змінить технології

У квантовій фізиці існує багато дивних явищ, серед яких особливе місце посідає квантова заплутаність. Якщо взяти дві однакові частинки, які ще не виміряні, і зв'язати їх замість, то можна отримати розуміння їхніх властивостей, навіть якщо вони перебувають дуже далеко одна від одної. Простіше кажучи, вимірювання властивостей однієї частинки відразу ж призводить до розуміння властивостей іншої частинки. У новому дослідженні фізики запропонували спосіб об'єднати в квантовій заплутаності абсолютно різні частинки: частинку світла, або фотон, і квантовий еквівалент звукової хвилі, або фонон. Фізики назвали свою квантову систему оптоакустичною заплутаністю, і вона може змінити квантові технології. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Оптоакустична заплутаність являє собою гібридну квантову систему, яка використовує дві абсолютно різні фундаментальні частинки. Таким чином ця форма квантової заплутаності є дуже стійкою до зовнішнього шуму, а це одна з найбільших проблем, з якими стикаються квантові технології. Об'єднання фотона і фонона в особливій квантовій заплутаності є важливим кроком уперед на шляху до створення більш надійних квантових пристроїв.

Квантова заплутаність, як вважають фізики, має велике значення для технологій високошвидкісного квантового зв'язку та квантових обчислень. Унікальна фізика, яка визначає ізольовані та заплутані частинки до та після їхнього вимірювання, робить її ідеальною для практичного застосування в різних квантових технологіях.

Але унікальний квантовий стан, необхідний для квантових процесів, може бути легко порушений, і ця проблема не дає повною мірою використовувати квантову заплутаність на практиці.

Фізики працюють над вирішенням цієї проблеми, використовуючи деякі багатообіцяючі шляхи. Більш висока розмірність знижує вплив руйнівного шуму, як і додавання більшої кількості частинок у квантово заплутану систему. Але потрібно знайти правильну комбінацію частинок і процесів, щоб повністю вирішити проблему шуму.

Фізики запропонували як розв'язання цієї проблеми створити пари заплутаних частинок, які включають у себе не об'єднання фотонів з фотонами, а об'єднання фотона з частинкою звуку — фононом. Таку квантову заплутаність складно отримати, адже фотони і фонони рухаються з різною швидкістю і мають різні рівні енергії.

Фізики вважають, що можна квантово заплутати такі пари частинок за допомогою розсіювання Бріллюена, коли світло розсіюється хвилями звукових коливань, що створюються теплом атомів у матеріалі.

Вчені запропонували направляти імпульс лазерного світла і звукових хвиль у твердотільний активний хвилевід Бріллюена на чіпі, призначений для того, щоб викликати розсіювання Бріллюена. Коли два кванта рухаються вздовж однієї і тієї ж фотонної структури, фонон рухається з набагато меншою швидкістю, що призводить до розсіювання, яке може квантово заплутати частинки, які несуть різні рівні енергії.

При цьому, за словами вчених, таку квантову заплутаність можна отримати за вищих температур, ніж зазвичай. Здебільшого квантова заплутаність виникає за температур близьких до абсолютного нуля, тобто мінус 273 градуси Цельсія. Це означає, що для отримання нової форми квантової заплутаності не потрібне дуже дороге обладнання.

Фізики кажуть, що потрібно провести багато експериментів і подальших досліджень, але їхній спосіб об'єднання фотонів і фононів є багатообіцяючим вирішенням проблем, пов'язаних із квантовими пристроями.

За словами вчених, таку особливу квантову заплутаність можна використати для квантових обчислень, квантового зберігання даних, квантової телепортації, квантового зв'язку і вивчення межі між класичним і квантовим світом.

Як уже писав Фокус, зонд NASA вижив після рекордного зближення з Сонцем і вийшов на зв'язок. Сонячний зонд "Паркер" назавжди увійшов в історію, після того, як підтвердив, що він здійснив рекордне зближення з нашою зіркою і став найшвидшим апаратом в історії.

Також Фокус писав про те, що фізики довели, що таке явище, як від'ємний час, все ж існує. Але це не означає, що тепер можна подорожувати в часі.