Вибрационные конфетки для спутанных бриллиантов

Декабрь 16, 2011; ПитУилтон

Бриллианты, знаменитые своей вечной красотой и твёрдостью, могут также оказаться и лучшими друзьями физиков

Международная команда учёных опубликовала в журналах “Нейчур фотоникс” (NaturePhotonics) и “Сайенс” (Science) доклад о том, что им удалось – при комнатной температуре – достичь странного квантового состояния, называемого “спутанностью” (“entanglement”), в двух алмазных кристаллах, размером 3 мм, разнесённых друг от друга на 15 см.

“Одно из загадочных явлений, свойственных субатомным системам, – это возможность их суперпозиции, то есть способность одного и того же объекта находиться одновременно в двух разных местах”, – объясняет Йен Уолмсли (IanWalmsley), сотрудник отделения физики Оксфордского университета, являющийся членом вышеуказанной команды исследователей. – “Наша работа показывает, что можно, взяв два бриллианта (вещи, конечно, не повседневные, но, по крайней мере, простые и легко узнаваемые), ввести их в такое состояние, то есть в состояние особой суперпозиции, когда вибрирует то ли один бриллиант, а другой нет, то ли наоборот. Вот этот-то особый тип суперпозиции и называют ‘спутанным’, и этот квантовомеханический эффект можно использовать в новых технологиях, особенно в коммуникациях и компьютерной технике”.

Так как состояние спутанности легко рассеивается в окружающей среде, обычно наблюдать его можно только в изолированных системах, охлаждённых до близких к абсолютному нулю температур.

Однакоструктураалмазаимеетсвоиособенности.

“Возбуждение колебательных движений в бриллианте требует температуры порядка 2000 градусов Цельсия”, – комментирует Джошуа Нанн (JoshuaNunn), также сотрудник отделения физики Оксфорда и член исследовательской команды.

– “Так что при комнатной температуре вибрации отсутствуют. В этом смысле система ведёт себя, как очень холодное облако атомов”.

Эта международная команда исследователей – Оксфорд, Национальный университет Сингапура и Канадский Национальный Совет по исследованиям – пытались найти применение также и другим свойствам алмаза, в частности, его способности рассеивать свет таким образом, что падающие фотоны переходят в более низкое энергетическое состояние, отдавая оставшуюся часть энергии колебательным движениям атомов.

Эту вибрацию, или ‘звон’, в кристалле алмаза можно обнаружить с помощью лазера.

“Мы пропускали вспышки лазера сквозь оба бриллианта”, – говорит мне Йен. – “Большую часть времени свет проходил прямо сквозь кристаллы, но иногда он сбрасывал часть энергии в одном из кристаллов, заставляя его ‘звенеть’, а после этого свет выходил из него с меньшей энергией, то есть с более низкой частотой”.

После прохождения кристаллов свет смешивался, так что, когда низкоэнергетический импульс регистрировался, исследователи могли узнать, что один из кристаллов вибрирует, но какой из них, знать не могли.

“Фактически Вселенная не знает, какой из бриллиантов вибрирует”, – объясняет Джошуа. – “Бриллианты спутаны – у них одна вибрация на двоих, хотя они и разделены в пространстве. Но мы можем использовать такую же методику для замера параметров бриллиантов и определить, в каком состоянии каждый из них находится ”.

Тот факт, что спутанность имеет место в обычных окружающих нас объектах, – не сюрприз. Но до сих пор большинство физиков считали, что зарегистрировать этот эффект невозможно, так как он ‘размывается’, то есть теряется в шуме окружающей среды.

Джошуа считает, что их подход к этому вопросу должен вдохновить учёных к поиску этих странных квантовых эффектов там, где прежде они даже не предполагали их увидеть.

В то же время до практического применения результатов этой работы ещё далеко. Доклад в “Нейчур Фотоникс” описывает возможные пути создания бриллиантовой ‘квантовой памяти’ для фотонной квантовой компьютерной техники.

Йен комментирует: “Во всём мире несколько групп уже создали различные элементы нанофотонного процессора, и вибрационная квантовая память фотонов могла бы быть встроена в них ”.

В других аналогичных работах исследуется другая возможность применения этих алмазов для использования квантового характера  этого ‘Ничто’. Речь идёт об использовании его для генерации истинно случайных чисел, что помогло бы повысить безопасность электронных коммуникаций и трансакций.

Предоставлено Оксфордским университетом (news : web)