Физики продемонстрировали квантовое запутывание механических систем

Группе физиков из США удалось впервые продемонстрировать эффект квантовомеханического запутывания на примере макроскопической механической системы. Статья ученых появилась в журнале Science. Кроме этого работе посвящен отдельный редакционный комментарий.

Эффектом квантового запутывания называют перевод системы из нескольких компонентов в такое состояние, когда ее поведение описывается одной волновой функцией. Первые квантовые системы, на которых изучались подобные эффекты, состояли из двух порожденных одним процессом частиц, но со временем ученые научились запутывать даже системы из многих миллиардов объектов или получать парадоксальные ситуации, когда существующая частица А запутана с частицей Б, исчезнувшей еще до рождения А. Запутанные системы активно изучаются не только из-за интереса ученых к фундаментальным вопросам квантовой механики, но и ввиду своего практического значения для квантовых вычислений, передачи данных и криптографии.

В новой работе ученым удалось запутать (связав их амплитуды) фотоны, кванты электромагнитного поля, с фононами: квантами колебаний в твердом теле. Объектом исследования выступал микроволновый колебательный контур — комбинация из катушки и конденсатора. Одна из пластин конденсатора при этом могла совершать механические колебания. Ее диаметр составлял 15 миллиметров при толщине в 0,1 микрометра (то есть сам объект был макроскопическим). В работе отмечается, что такого рода материалы относятся к серийным. Пластина была охлаждена до 20 милликельвинов, чтобы тепловые колебания не мешали самому запутыванию.

С охлаждением мембраны был связан еще один описанный исследователями эффект. За счет запутанности системы уменьшение частоты (и, следовательно, энергии) микроволнового излучения приводило к уменьшению энергии механических колебаний фольги, включая в том числе тепловые колебания. Мембрана охлаждалась и физики отмечают, что таким образом ее можно довести до состояния нулевых, то есть минимально возможных, колебаний.

Развитие экспериментальных методов изучения квантовых систем и отработка методик по запутыванию разного рода объектов должна, по прогнозам физиков, привести к появлению принципиально новых компьютеров. Квантовые компьютеры в ряде случаев позволят решать те задачи, которые не под силу современным вычислительным системам.