Splątali lewitujące szkło ze światłem. Fizycy przeprowadzili sensacyjny eksperyment

Zespół badawczy pod zarządem Francesco Marina z Uniwersytetu we Florencji dokonał niebywałej sztuki. On i jego współpracownicy zorganizowali eksperyment, którego owoce mogą doprowadzić do ważnych zmian w rozwoju technologii kwantowych. Naukowcom udało się bowiem doprowadzić do trwałego splątania kwantowego pomiędzy ruchem niewielkiej szklanej nanokuli a światłem.
Splątali lewitujące szkło ze światłem. Fizycy przeprowadzili sensacyjny eksperyment

Już samo to brzmi imponująco, a autorzy tego przełomu zwracają uwagę na jeszcze jeden aspekt: nie było konieczne schładzanie całego układu do temperatur kriogenicznych. Laboratorium, w którym toczyła się cała akcja, pozostawało w temperaturze pokojowej. Główną bohaterką tego spektaklu była natomiast szklana nanokula o średnicy około 100 nanometrów. To rozmiar porównywalny ze średnicą niektórych wirusów, choć sama cząstka zawiera dziesiątki milionów atomów. Zamiast interesować się zachowaniem pojedynczych atomów, naukowcy obserwowali ruch środka masy tej nanokuli.

Czytaj też: Tak powstaje materia. Naukowcy odtworzyli ten proces na komputerze kwantowym

Aby odizolować cząstkę od otoczenia, umieścili ją w niemal całkowitej próżni i utrzymywali za pomocą pęsety optycznej. Jest to silnie skupiona wiązka lasera, która dzięki oddziaływaniu światła może utrzymywać mikroskopijny obiekt w określonym miejscu. Nanokula znajdowała się dodatkowo pomiędzy dwoma zwierciadłami tworzącymi wnękę optyczną.

Największym wyzwaniem okazało się uzyskanie splątania. Zjawisko to oznacza, że dwóch układów kwantowych nie można już w pełni opisywać w sposób niezależny. W tym przypadku ruch szklanej nanokuli został powiązany z właściwościami światła. Pomiar światła pozwala uzyskać informacje o stanie cząstki, a jej stan jest jednocześnie częścią wspólnego układu kwantowego.

Problem polegał na tym, że światło odpowiedzialne za tworzenie splątania jednocześnie mogło podgrzewać ruch nanokuli i destabilizować cały układ. Naukowcy rozwiązali ten problem, wykorzystując dwa lasery o różnych częstotliwościach. Jeden z nich odpowiadał za chłodzenie i stabilizowanie ruchu cząstki, natomiast drugi umożliwiał wytworzenie splątania ze światłem.

Jak już wspominałem, temperatura otaczającego laboratorium pozostawała na poziomie pokojowym. Próżnia i lewitacja ograniczały natomiast wpływ otoczenia, który mógłby zniszczyć delikatne korelacje kwantowe. Badacze musieli następnie udowodnić, iż zaobserwowane korelacje rzeczywiście mają charakter kwantowy. Informacja o ruchu nanokuli została zakodowana w świetle opuszczającym wnękę optyczną. Analizując właściwości tego światła, naukowcy zrekonstruowali zależności pomiędzy położeniem i pędem cząstki a parametrami pola elektromagnetycznego. Wyniki wskazywały na obecność splątania, także po uwzględnieniu niepewności pomiarowych.

Czytaj też: Kwantowa chromodynamika na sieciach rewiduje fundamenty fizyki. Oddziaływanie elektrosłabe silniejsze, niż sądzono

Szczególnie interesujący jest fakt, że splątane światło nie pozostało uwięzione wewnątrz eksperymentalnej wnęki. Opuszczało ją i mogło w zasadzie przenosić kwantowe korelacje dalej. Zapewnia to potencjał wykorzystania podobnych układów jako interfejsów łączących mechaniczne obiekty z sieciami kwantowymi. Do praktycznych zastosowań droga jest jednak jeszcze daleka. Naukowcy chcą zwiększyć siłę splątania, uzyskać nad nim dynamiczną kontrolę oraz sprawdzić, czy informację kwantową można zapisywać, przechowywać i odzyskiwać za pomocą mechanicznego oscylatora. 

Źródło: Science

Napisane przez

Aleksander Kowal

Redaktor
Z wykształcenia romanista (język francuski oraz hiszpański) ze specjalizacją z traduktologii. Dziennikarską przygodę rozpocząłem około piętnastu lat temu, początkowo w związku z recenzjami gier komputerowych i filmów. Obecnie publikuję zdecydowanie częściej na tematy związane z nauką oraz technologią. W wolnym czasie uwielbiam podróżować, śledzić kinowe i książkowe nowości, a także uprawiać oraz oglądać sport.