Для разработки современных квантовых технологий, таких как защищенная квантовая связь и квантовые вычисления, требуется квантовая запутанность. Ученые из Института науки о свете Макса Планка (MPL) представили новый способ запутывания фотонов с акустическими фононами, демонстрируя высокую устойчивость этой технологии к внешнему шуму – одной из ключевых проблем большинства квантовых технологий.
Квантовая запутанность – это явление, при котором состояние одной частицы мгновенно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Такая взаимосвязь необходима для обеспечения безопасности в квантовой связи и создания мощных квантовых вычислительных систем. В оптической области для запутывания фотонов, квантов света, широко используются нелинейные оптические методы, что позволяет передавать квантовую информацию с высокой скоростью.
Команда ученых из MPL разработала подход для создания запутанности между фотонами и фононами, используя так называемое броуновское рассеяние. Данный механизм устойчив к внешнему шуму и пригоден для интеграции в схемы квантовой обработки сигналов. К тому же, он может работать при более высоких температурах, что позволяет отказаться от дорогостоящего охлаждающего оборудования, необходимого для стандартных квантовых технологий.
В отличие от фотонов , которые движутся со скоростью света, фононы , связанные с колебаниями звуковых волн, перемещаются значительно медленнее. В этой системе фотоны и фононы взаимодействуют через оптический нелинейный эффект, который позволяет связывать кванты с разной энергетикой. Проведенные эксперименты показали, что новая схема запутывания может работать при температурах в десятки Кельвинов, что значительно выше температуры, требуемой для других подходов. Возможность реализации этого механизма в оптических волокнах или на фотонных чипах делает его перспективным для применения в квантовых технологиях будущего.