 Для квантовых физиков запутывание квантовых систем является одной из текущих ежедневных задач. Запутанность является ключевым ресурсом для будущих квантовых компьютеров и симуляторов. Физики в Инсбруке и Женеве разработали новый, надежный способ проверки состояний запутанности в лаборатории с использованием минимального набора измерительных приборов.
Их результаты были опубликована в Nature Physics.
Квантовые вычисления, квантовая связь и квантовая криптография часто требуют запутанности. Для многих из этих будущих квантовых технологий, запутанность - труднопонимаемый, нелогичный аспект квантового мира - является ключевым элементом. Физикам-экспериментаторам часто нужно проверить запутанность их систем. "Два года назад нам удалось проверить запутанность между 14 ионами," - говорит Томас Монц. Он работает в группе Райнер Блатт в Институте экспериментальной физики, в Инсбруке. Эта команда все еще держит мировой рекорд по самому большому количеству запутанных частиц. "Для того, чтобы проверить запутанность, мы должны сделать некоторые экспериментальные предположения по калибровке. Но предположения все-таки получаются недостаточными", объясняет Монц. Вместе с Хулио Барейро, который недавно перешел в Институт Макса Планка, физиками и внедрен новый метод проверки запутанности между несколькими объектами.
Представленный аппаратно-независимый метод основан на предположении: "Мы всегда применяем одинаковый набор операций на квантовых объектах, и операции не зависят друг от друга", объясняет Хулио Барейро. "Детали каждой операции мы не знаем." Этот подход - называемый аппаратно-независимым (Device Independent) - позволяет им обойти несколько потенциальных источников ошибок, а впоследствии - неправильную интерпретацию полученных результатов. "В конце концов, мы исследуем корреляцию между настройками и полученные результаты. Если на выходе корреляции соответствуют определенному порогу, мы знаем, что объекты запутались». В реальном эксперименте вряд ли можно избежать помех, но швейцарский теоретик Жан-Даниэль Банкл сумел определить порог наихудшего сценария. «Когда этот порог будет преодолен, мы сможем в большой вероятностью утверждать, что система запутана".
Для физиков процедуры, основанные на ограниченном числе предположений, очень интересны, так как они в основном зависят от системы. "Предположения всегда являются уязвимыми, эдакой ахиллесовой пятой - будь они для теоретической работы или лабораторных данных", подчеркивает Томас Монц. "Нам удалось свести количество предположений для проверки запутанности к минимуму. Наш метод обеспечивает надежное указание на запутанность системы". Фактически, физики в Инсбруке смогли проверить запутывание до 6 ионов. Этот новый метод может быть применен и для больших систем. Количество технических требований, однако, также соответственно увеличится.
Есть мнение:
Квантовая запутанность является ключом к квантовым вычислениям, криптографии и многим другим приложениям квантовой механики.
Два объекта запутанные, если их физические свойства не определены, но связаны, даже тогда, когда два объекта разделены большим расстоянием.
Системы из нескольких частиц будут иметь тенденцию находиться близко к обычному состоянию – состоянию, в котором ни одна из внутренних частиц не переплетена друг с другом. Частицы такой системы не покажут по существу никаких признаков своей запутанности. Вы можете создать состояние нескольких частиц, в котором частицы запутаны, но эти состояния довольно необычны.
Если вы рассматриваете большие системы, то квантовое описание по существу то же самое. Теперь обычные состояния составляют очень небольшую часть возможных квантовых состояний, и, как следствие, более вероятное поведение – когда части системы переплетены друг с другом.
Команда под руководством Szarek в этом году рассмотрела запутывание подсистем в запутанной системе. Если выбрать две частицы из системы, вероятность того, что они запутались, очень мала. Если же разделить систему на две части, эти половины почти наверняка будут запутанными друг с другом.
Анализ показывает, что в системах с большим числом частиц пара небольших подсистем, менее 1/5 от общего числа частиц в системе, скорее всего не будет запутанной друг с другом. Но пара больших подсистем, как правило, запутана. Резкое изменение в поведении запутанности характерно для геометрии многомерных пространств.
| 
