Under de senaste åren har nanotillverkade mekaniska oscillatorer har dykt upp som en lovande plattform för kvantinformationstillämpningar. Kvantintrassling av konstruerade optomekaniska resonatorer skulle erbjuda en övertygande väg mot skalbara kvantnätverk. Forskare vid TU Delft och universitetet i Wien har nu observerat denna förveckling och rapporterar sina resultat i veckans upplaga av Natur .

Vibrationer beter sig som vågor, men kvantmekaniken förutspår också att vågrörelser består av små diskreta energipaket som kallas fononer. I september 2017, teamet av forskare vid TU Delft och universitetet i Wien demonstrerade en ny nivå av kvantkontroll över dessa vibrationer med hjälp av laserpulser. De skapade individuella fononexcitationer och bekräftade deras grundläggande partikelaspekt. Skapandet och verifieringen av dessa enstaka fononer var ett viktigt steg mot full optisk kvantkontroll av mekanisk rörelse.

Nu, de har tagit ett viktigt nästa steg genom att skapa intrassling mellan två sådana mikromekaniska resonatorer förmedlade av "telekom"-fotoner. Entanglement är känt som den "läskiga handlingen på avstånd" mellan två objekt som bara kan beskrivas med kvantteori.

"Entanglement är en avgörande resurs för kvantkommunikationsnätverk, " säger prof. Simon Gröblacher vid Kavli Institute of Nanoscience vid TU Delft. "Särskilt viktig är förmågan att fördela intrassling mellan avlägsna kvantminnen. Tidigare realiseringar har använt system som atomer inbäddade i håligheter, men här, vi introducerar en rent nanotillverkad solid state-plattform i form av chipbaserade mikroresonatorer – små silikonstrålar som samtidigt begränsar ljus och vibrationer. Genom att utöka kontrollen av enstaka mekaniska kvanta till flera enheter, vi demonstrerar intrassling mellan sådana mikromekaniska enheter på två chips som är åtskilda med 20 cm."

De anordningar som används består av mikrometerstora silikonstrålar. De är mönstrade på ett sådant sätt att deras vibrationer kan "skrivas" på laserpulser som färdas genom dem och vice versa. De vibrerande strålarna består av 8 miljarder atomer vardera, är storleken på en cell, och kan därför lätt ses med förstoringsglas eller mikroskop.

"Nanobearbetade optomekaniska enheter är en mycket lovande plattform för integrerad kvantinformationsbehandling med fononer, som parametrar för systemet, som optisk omvandlingsvåglängd och kvantminnestider, kan fritt skräddarsys genom designen. Till exempel, vi valde medvetet den optiska våglängden för enheten för att vara i telekommunikationsbandet, som vanligtvis används vid distribution av internet med hög bandbredd. Vari, vi visar att kvantnätverk kan konstrueras med hjälp av konventionell fiberoptik i kombination med våra enheter, " säger doktor Sungkun Hong från universitetet i Wien.

En annan viktig fördel är att deras enheter kan integreras på ett chip tillsammans med andra solid-state kvantsystem. Författarna, till exempel, förväntar sig att deras enheter potentiellt skulle kunna kopplas till supraledande kvantkretsar och användas som kvant "ethernet-portar" som överför kvantinformation mellan kretsarna och optiska signaler.

"Nästa steg blir att bygga ett nätverk som består av fler balkar och arbetar över hundratals meter, kanske till och med flera kilometer, komma oss närmare att förverkliga ett system än vad som kan användas för riktiga kvanttillämpningar, ", säger prof. Gröblacher. "Vi ser inga grundläggande hinder för att ta dessa steg under de närmaste åren."