Kvantmekanik är en av naturvetenskapens mest framgångsrika teorier, och även om dess förutsägelser ofta är kontraintuitiva, inte ett enda experiment har hittills genomförts som teorin inte har kunnat ge en adekvat beskrivning av.

Tillsammans med kollegor på bigQ (Center for Macroscopic Quantum States—a Danish National Research Foundation Center of Excellence), centerledare Prof. Ulrik Lund Andersen arbetar med att förstå och utnyttja makroskopiska kvanteffekter.

"Den rådande uppfattningen bland forskare är att kvantmekaniken är en universellt giltig teori och därför även tillämpbar i den makroskopiska vardagsvärld vi normalt lever i. Det betyder också att det ska vara möjligt att observera kvantfenomen i stor skala, och det är precis vad vi strävar efter att göra i Danish National Research Foundation Center of Excellence bigQ, säger Lund Andersen.

I en ny artikel i den prestigefyllda internationella tidskriften Vetenskap , forskarna beskriver hur de har lyckats skapa intrasslade, klämde ljus i rumstemperatur, en upptäckt som kan bana väg för billigare och kraftfullare kvantdatorer. Deras arbete handlar om ett av de mest notoriskt svåra kvantfenomenen att förstå:intrassling. Den beskriver hur fysiska föremål kan föras till ett tillstånd där de är så intrikat sammanlänkade att de inte längre kan beskrivas individuellt.

Om två objekt trasslar in sig, de måste ses som en enhetlig helhet oavsett hur långt från varandra de är. De kommer fortfarande att bete sig som en enhet – och om objekten mäts individuellt, resultaten kommer att vara korrelerade till en sådan grad att de inte kan beskrivas utifrån de klassiska naturlagarna. Detta är endast möjligt med hjälp av kvantmekanik.

Intrassling är inte begränsad till par av objekt. I sina ansträngningar att observera kvantfenomen i en makroskopisk skala, forskarna på bigQ lyckades skapa ett nätverk av 30, 000 intrasslade ljuspulser arrangerade i ett tvådimensionellt gitter fördelat i rum och tid. Det är nästan som när en myriad av färgade trådar vävs samman till en mönstrad filt.

Forskarna har producerat ljusstrålar med speciella kvantmekaniska egenskaper (pressade tillstånd) och vävt samman dem med hjälp av optiska fiberkomponenter för att bilda ett extremt intrasslat kvanttillstånd med en tvådimensionell gitterstruktur – även kallat ett klustertillstånd.

"I motsats till traditionella klusterstater, vi använder den tidsmässiga frihetsgraden för att erhålla det tvådimensionella intrasslade gittret på 30 000 ljuspulser. Experimentupplägget är faktiskt förvånansvärt enkelt. Det mesta av ansträngningen var att utveckla idén om klusterstatsgenerationen, säger Mikkel Vilsbøll Larsen, huvudförfattare till verket.

Att skapa en så omfattande grad av kvantfysisk förveckling är – i sig själv – intressant grundforskning. Klustertillståndet är också en potentiell resurs för att skapa en optisk kvantdator. Detta tillvägagångssätt är ett intressant alternativ till de mer utbredda supraledande teknologierna, eftersom allt sker i rumstemperatur.

Dessutom, laserljusets långa koherenstid kan utnyttjas – vilket innebär att det bibehålls som en exakt definierad ljusvåg även över mycket långa avstånd.

En optisk kvantdator kommer därför inte att kräva dyrbar och avancerad kylteknik. På samma gång, dess informationsbärande ljusbaserade qubits i laserljuset kommer att vara mycket mer hållbara än deras ultrakalla elektroniska släktingar som används i supraledare.

"Genom fördelningen av det genererade klustertillståndet i rum och tid, en optisk kvantdator kan också lättare skalas till att innehålla hundratals kvantbitar. Detta gör den till en potentiell kandidat för nästa generation av större och kraftfullare kvantdatorer, ", tillägger Ulrik Lund Andersen.