Японцы разнесли запутанные фотоны на рекордное расстояние

Разница во времени прибытия фотонов

Иллюстрация T. Inagaki et al.

Японские исследователи из корпорации NTT побили рекорд расстояния для пары запутанных фотонов - им удалось разнести пару частиц на расстояние 300 километров без потери запутанности. Статья появилась в журнале Optics Express, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Предыдущий рекорд составлял 260 километров.

Для получения пары запутанных фотонов использовали процесс, известный как спонтанное параметрическое рассеяние. Суть этого процесса заключается в том, что при некоторых условиях фотон большой энергии, рассеиваясь на подходящем кристалле (японцы использовали ниобат лития), преобразуется в пару запутанных фотонов с меньшей энергией.

Каждый из фотонов ученые отправляли по моткам оптического кабеля по 150 километров каждый. Во время эксперимента фотоны, фактически, оставались в пределах одной и той же лаборатории. Так как в действительности оптические кабели подвержены воздействию внешней среды, то о полноценной передаче запутанных фотонов на 300 километров речи не идет.

На конце каждого из кабелей располагались сверхпроводящие детекторы фотонов. Именно благодаря им ученым удалось добиться регистрации частиц в опыте. Для верификации запутанности ученые использовали стандартный тест - нарушение так называемых неравенств Белла.

Пока японцам не удалось добиться сколь-нибудь осмысленной скорости передачи данных. Дело в том, что они кодировали информацию по методу TBE (time-bin encoding). В нем данные состояния фотонов определяются по времени прибытия к детектору. Несмотря на то, что этот метод достаточно хорошо защищен от потерь, скорость передачи информации составила около одного бита на 10 миллионов секунд.

Запутанность - явление в квантовой механике, при котором некоторые физические параметры объектов (в данном случае фотонов) оказываются взаимосвязаны. Обычно измерение параметров одного фотона автоматически позволяет определить соответствующий параметр второго.