Экспериментально получены пять фотонов в «запутанном» состоянии

 


Учёные пытались реализовать так называемое квантовое состояние NOON. Его суть отражена в названии: это суперпозиция N частиц в некотором состоянии а и нуля частиц в состоянии b, а также нуля частиц в а и N — в b.

Ранее состояние NOON было достигнуто в опытах с четырьмя фотонами, однако экспериментальные методики, которые приходилось модифицировать при изменении числа частиц, оказывались неоправданно сложны. Предложенный авторами метод, напротив, довольно прост и — теоретически — универсален. «На бумаге он одинаково хорошо работает и для ста, и для пяти фотонов», — замечает участник исследования Итай Афек (Itai Afek).

В своих экспериментах авторы направляли на светоделительный элемент обычный лазерный импульс и специально подготовленные «запутанные» пары фотонов, полученные в результате спонтанного параметрического рассеяния. При реализации состояния NOON все N фотонов на выходе светоделителя избирают какой-то один путь из двух возможных, но экспериментатор не может знать, какой именно. Затем пути объединяются в интерферометре Маха — Цандера, а физики рассматривают интерференционную картину.

В опыте с пятью фотонами измеренный контраст интерференционной картины составил 42%. Это значение лежит далеко от теоретического предела для данной методики (92%), но превосходит величину, которая соответствует случаю «незапутанных» фотонов (17%). Состояниям NOON с двумя, тремя и четырьмя фотонами соответствовал контраст в 95, 86 и 74 процента.

По мнению учёных, разработанная ими методика в будущем должна найти практическое применение. «Фотоны в таком состоянии ведут себя как один большой фотон, длина волны которого в N раз меньше исходной, — поясняет г-н Афек. — А уменьшение рабочей длины волны соответствует, как известно, увеличению разрешения». Коллега авторов Джереми О’Брайен (Jeremy O'Brien) из Бристольского университета считает, к примеру, что технология пригодится в микроскопии и в опытах по регистрации гравитационных волн с помощью гигантских интерферометров наподобие LIGO.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Science.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Источник: Компьюлента