Odkryte przez polskich naukowców splątanie kwantowe potwierdzone doświadczalnie

Splątanie związane - zjawisko kwantowe odkryte na drodze teoretycznej pod koniec XX w. przez grupę fizyków z Uniwersytetu Gdańskiego - zostało po raz pierwszy zaobserwowane w doświadczeniach laboratoryjnych wykonanych w Szwecji i Niemczech.

W idealnym przypadku, gdy w układzie znajdują się tylko badane cząstki splątane, mierząc stan jednej możemy z całą pewnością ustalić, co zobaczymy u drugiej. Jednak w rzeczywistych sytuacjach układ cząstek splątanych zawsze oddziałuje z otoczeniem, które silnie zaburza splątanie i prowadzi do jego szybkiej degeneracji. Osłabione szumami splątanie można próbować odtworzyć. Odkrycie rodziny Horodeckich polegało na pokazaniu, że w układach fizycznych mogą istnieć stany splątane tak zaszumione, że nie jest możliwe odtworzenie z nich pierwotnych, czystych stanów splątanych. "Rzecz w tym, że aby wytworzyć znalezione przez nas stany kwantowe, trzeba do układu wprowadzić trochę splątania. Ono musi tam być. My zaś pokazaliśmy, że potem nie można już go wydobyć, że staje się ono na zawsze związane z układem" - mówi Michał Horodecki. Ta niezwykła własność splątania związanego spowodowała, że niekiedy stany wykazujące jego istnienie nazywa się obrazowo "czarnymi dziurami" kwantowej teorii informacji.

Pierwsze doświadczenia potwierdzające istnienie splątania związanego udało się przeprowadzić dopiero w tym roku. W sierpniu Elias Amselem i Mohamed Bourennane z Uniwersytetu Sztokholmskiego wykorzystali oddziaływanie femtosekundowych impulsów laserowych z odpowiednio dobranym kryształem boranu baru do wytworzenia par fotonów, których polaryzacja wykazywała splątanie kwantowe. Fotony te były następnie odbijane przez zwierciadło i ponownie kierowane do kryształu, gdzie każdy znów ulegał rozdzieleniu na dwa kolejne fotony. Czwórki tak splątanych fotonów były następnie poddawane losowym zaburzeniom za pomocą ruchomych płytek półfalowych, zmieniających polaryzację światła. Ruch płytek był kontrolowany przez komputer korzystający z zewnętrznego generatora liczb losowych. Odpowiednio dobierając warunki doświadczenia, badacze starali się doprowadzić do wytworzenia stanów splątania związanego między czterema fotonami. Aby potwierdzić ich istnienie, z tak zaszumionego układu próbowano następnie odtworzyć splątanie. Otrzymane wyniki, opublikowane w "Nature Physics", jednym z najbardziej prestiżowych czasopism fizycznych, zgadzały się z przewidywaniami teoretycznymi uwzględniającymi obecność splątania związanego.

Równolegle nad wytworzeniem splątania związanego pracował międzynarodowy zespół naukowców z Politechniki w Dortmundzie (Xinhua Peng i Dieter Suter) oraz Uniwersytetu w Düsseldorfie (Hermann Kampermann i Dagmar Bruss). W tym przypadku stany ze splątaniem związanym wytworzono w cieczy za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego. Rezultaty, upublicznione w internecie we wrześniu, zostaną wkrótce opublikowane na łamach czasopisma "Physical Review Letters".

"Odkrycie związanego splątania ma przy tym duże znaczenie poznawcze" - podkreśla Ryszard Horodecki. "Odsłania bowiem przed nami ważny fakt przyrodniczy: istnienie nowego typu nieodwracalności w naturze. Jak sugerują ostatnie badania, nakłada także fundamentalne ograniczenia na wydajność komputerów kwantowych" - dodaje. Fizycy są obecnie przekonani, że udało się odsłonić zaledwie część zagadkowych własności czarnych dziur kwantowego splątania.

Źródło - Krajowe Centrum Informatyki Kwantowej