Новый метод генерации квантовой запутанности прошел проверку неравенством Белла

Наличие парадоксального состояния квантовой запутанности, при котором измерение свойств одного квантового бита информации влияет на другой, связанный с ним, проверяется неравенством Белла. Теорема, предложенная Джоном Беллом в 1964 году, позволяет выразить математически разницу между классическим и квантовым поведением. В квантовом мире частицы могут проявлять более сильные корреляции, чем возможно в классическом мире. Неравенство Белла устанавливает пороговое значение, за пределом которого природа корреляции считается квантовой, что указывает на присутствие феномена квантовой запутанности.

Физики из Института Нильса Бора применили неравенство Белла к результатам своего эксперимента, основанного на квантовых точках и волноводах, сообщает Phys.org. Квантовые точки – наноразмерные структуры, разработанные для улавливания нейтральных квазичастиц экситонов. Пойманные экситоны проявляют квантированные энергетические состояния, то есть ведут себя как искусственные атомы, но интегрированные в чип. Кроме того, их энергетический уровень можно настроить.

Системы квантовых точек могут служить генераторами излучения, то есть испускать отдельные фотоны. В определенных условиях эти фотоны могут становиться запутанными. Для повышения эффективности, когерентности и стабильности фотонов, исходящих от квантовых точек, исследователи соединили их с фотонно-кристаллическим волноводом. Волноводы позволяют контролировать и управлять направлением и длиной волны света, повышая взаимодействие света и вещества. Однако, сопряжение между волноводом и квантовыми точками вызывает определенные трудности.

«Для улучшения взаимодействия света и вещества мы изготовили фотонно-кристаллический волновод, который обеспечивает сильное удержание квантовой точки, - объяснил Шикай Лю. – Это привело к высокому коэффициенту передачи оптической мощности света в волноводе (более 90%), а эффект Парселла достиг 16 благодаря замедлению света в наноструктуре и повышению времени его взаимодействия с квантовой точкой».

Проще говоря, эмиссия света из квантовых генераторов излучения повысилась за счет того, что они были помещены в благоприятную среду.

При помощи интерферометров ученые провели тест на неравенство Белла и получили значение, превышающее пороговое. Результат подтвердил наличие запутанного состояния, возникшего в результате разработанного датскими физиками метода.

Одним из преимуществ этого метода является энергетическая эффективность. На создание состояния запутанности ученые израсходовали в тысячу раз меньше электроэнергии, чем традиционные однофотонные источники.

Феномен квантовой запутанности позволяет двум фотонам общаться быстрее скорости света, вне зависимости от разделяющего их расстояния. Ученые из Академии наук Китая https://hightech.plus/2024/06/04/uchenie-dokazali-kvantovaya..., что однажды это явление можно будет использовать для создания квантовых моторов и батарей, которые пригодятся для питания квантовых компьютеров следующего поколения.