Ученые обнаружили новый тип квантовой запутанности
Ученые из Техниона открыли новую форму квантовой запутанности, возникающую в полных угловых моментах фотонов, заключенных в наноструктуры. Это открытие имеет потенциал для значительного вклада в развитие миниатюризированных квантовых коммуникаций и вычислительной техники, пишет Phys.org.
Ранее запутанность уже демонстрировалась для множества типов частиц и их характеристик. Фотоны, элементарные частицы света, могут быть запутаны по направлению своего движения, частоте (цвету) или поляризации. Более сложное свойство — угловой момент, который состоит из спина (вращательного движения фотона относительно самого себя) и орбитального момента (вращение фотона в пространстве). Эти характеристики аналогичны вращению Земли вокруг собственной оси и вокруг Солнца.
Обычно мы воспринимаем спин и орбитальный момент как независимые друг от друга параметры, но, когда фотоны попадают в структуры размером меньше длины волны, как это происходит в нанофотонных устройствах, эти параметры становятся неразделимыми, и фотон определяется одним общим угловым моментом.
Команда ученых из Техниона под руководством аспиранта Амит Кама и доктора Шайи Цессес открыла новый вид квантовой запутанности в наносистемах. Размер этих структур составляет всего одну тысячную долю толщины человеческого волоса, но запутанность возникает не благодаря обычным свойствам фотонов, таким как спин или траектория, а исключительно благодаря полному угловому моменту.
Ученые детально изучили путь фотонов внутри наносистемы, начиная с момента их входа и заканчивая выходом из измерительной установки. Они обнаружили, что этот процесс значительно расширяет спектр возможных состояний, в которых могут находиться фотоны. Серией экспериментов специалисты смогли закартографировать эти состояния, после чего запутали их на основе уникальных особенностей наносистем. Таким образом, было подтверждено наличие квантовой запутанности путем сопоставления состояний пар фотонов.
Это первый случай открытия нового типа квантовой запутанности за последние двадцать лет. Данное достижение обещает стать важным шагом в создании инновационных инструментов для разработки компактных квантовых коммуникационных и вычислительных компонентов на основе фотонов.
