Толчок к квантовому единству

Как правило, перепутанные состояния возникают в двух изолированных подсистемах, входивших ранее в одну и ту же квантовую систему и описывавшихся одной волновой функцией. При удалении этих подсистем друг от друга связь между ними сохраняется, даже когда пропадает всякое взаимодействие: достаточно провести какое-либо измерение одной и тут же (в классическом приближении – мгновенно) изменится волновая функция другой. Это явление получило название квантовой редукции; у него нет никакого макроскопического аналога, но оно уже получило экспериментальные подтверждения и нашло важные практические приложения – например, в квантовой криптографии.

Само собой разумеется, что редукция сразу разрушает перепутанные состояния, и бывшие подсистемы становятся полностью независимы. Когда редукция происходит спонтанно, принято говорить о декогеренции – главном препятствии на пути создания квантового компьютера. К декогеренции может приводить, например, случайное взаимодействие одной из подсистем с единичным фотоном, или, попросту говоря, со светом.

Участвовавшим в эксперименте физикам удалось создать перепутанные состояния в двух изолированных системах, вывернув явление декогеренции наизнанку. В качестве таких систем были взяты ячейки с атомами цезия, а эффект возникал при их освещении лучом лазера – то есть потоком фотонов. Дело все в том, что лазерном луче все фотоны находятся в одном и том же квантовом состоянии (то есть он когерентен), именно в этом и заключается коренное отличие лазерного луча от луча прожектора. Одного короткого импульса оказалось достаточно, чтобы в состояния атомов цезия в удаленных друг от друга ячейках «перепутались» даже при комнатной температуре. Правда, уже через пятнадцать миллисекунд снова происходила декогеренция.

Физики из других университетов высоко оценили работу коллег. Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического университета (MIT), США, отметил: «Я бы назвал результаты эксперимента скорее эволюционными, чем революционными, но экспериментальная демонстрация хорошо выполнена, и в целом, это удачная работа». К тому же, есть надежда, что атомы других элементов смогут находиться в перепутанных состояниях еще дольше.

Напомним, что ранее в этом месяце физики из Австралийского национального университета (Australian National University), Австралия, сообщили о том, что добились высокой степени сохранности информации, закодированной методами квантовой криптографии в световых лучах, при ее ретрансляции. Их работа, опубликованная в журнале Nature за 24 июня, может стать прорывом в деле передачи информации, зашифрованной методами квантовой криптографии, на сколь угодно большие расстояния.