Физики нашли способ объединить свет и звук в странном квантовом состоянии: это изменит технологии

В квантовой физике существует много странных явлений, среди которых особое место занимает квантовая запутанность. Если взять две одинаковые частицы, которые еще не измерены, и связать их вместо, то можно получить понимание их свойств, даже если они находятся очень далеко друг от друга. Проще говоря, измерение свойств одной частицы сразу же приводит к пониманию свойств другой частицы. В новом исследовании физики предложили способ объединить в квантовой запутанности совершенно разные частицы: частицу света, или фотон, и квантовый эквивалент звуковой волны, или фонон. Физики назвали свою квантовую систему оптоакустической запутанностью, и она может изменить квантовые технологии. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Оптоакустическая запутанность представляет собой гибридную квантовую систему, которая использует две совершенно разные фундаментальные частицы. Таким образом эта форма квантовой запутанности является очень устойчивой к внешнему шуму, а это одна самых больших проблем, с которыми сталкиваются квантовые технологии. Объединение фотона и фонона в особенной квантовой запутанности является важным шагом вперед на пути к созданию более надежных квантовых устройств.

Квантовая запутанность, как считают физики, имеет большое значение технологий высокоскоростной квантовой связи и квантовых вычислений. Уникальная физика, которая определяет изолированные и запутанные частицы до и после их измерения, делает ее идеальной для практического применения в разных квантовых технологиях.

Но уникальное квантовое состояние, необходимое для квантовых процессов, может быть легко нарушено, и эта проблема не дает в полной мере использовать квантовую запутанность на практике.

Физики работают над решением этой проблемы, используя некоторые многообещающие пути. Более высокая размерность снижает влияние разрушительного шума, как и добавление большего количества частиц в квантово запутанную систему. Но нужно найти правильную комбинацию частиц и процессов, чтобы полностью решить проблему шума.

Физики предложили в качестве решения этой проблемы создать пары запутанных частиц, которые включают в себя не объединение фотонов с фотонами, а объединение фотона с частицей звука – фононом. Такую квантовую запутанность сложно получить, ведь фотоны и фононы движутся с разной скоростью и имеют разные уровни энергии.

Физики считают, что можно квантово запутать такие пары частиц с помощью рассеяния Бриллюэна, когда свет рассеивается волнами звуковых колебаний, создаваемых теплом, атомов в материале.

Ученые предложили направлять импульс лазерного света и звуковых волн в твердотельный активный волновод Бриллюэна на чипе, предназначенный для того, чтобы вызывать рассеяние Бриллюэна. Когда два кванта движутся вдоль одной и той же фотонной структуры, фонон движется с гораздо меньшей скоростью, что приводит к рассеянию, которое может квантово запутать частицы, несущие разные уровни энергии.

При этом, по словам ученых, такую квантовую запутанность можно получить при более высоких температурах, чем обычно. В основном квантовая запутанность возникает при температурах близких к абсолютному нулю, то есть минус 273 градуса Цельсия. Это значит, что для получения новой формы квантовой запутанности не нужно очень дорогое оборудование.

Физики говорят, что нужно провести много экспериментов и дальнейший исследований, но их способ объединение фотонов и фононов является многообещающим решением проблем, связанных с квантовыми устройствами.

По словам ученых, такая особенная квантовая запутанность может быть использована для квантовых вычислений, квантового хранения данных, квантовой телепортации, квантовой связи и изучения границы между классическим и квантовым миром.

Как уже писал Фокус, зонд NASA выжил после рекордного сближения с Солнцем и вышел на связь. Солнечный зонд "Паркер" навсегда вошел в историю, после того, как подтвердил, что он совершил рекордное сближение с нашей звездой и стал самым быстрым аппаратом в истории.

Также Фокус писал о том, что физики доказали, что такое явление, как отрицательное время, все же существует. Но это не значит, что теперь можно путешествовать во времени.