Entanglement är en av kvantmekanikens huvudprinciper. Fysiker från professor Johannes Finks forskargrupp vid Institute of Science and Technology Österrike (IST Österrike) har hittat ett sätt att använda en mekanisk oscillator för att producera intrasslad strålning. Den här metoden, som författarna publicerat i den aktuella upplagan av Natur , kan visa sig vara extremt användbar när det gäller att ansluta kvantdatorer.

Entanglement är ett typiskt fenomen för kvantvärlden, som inte finns i den så kallade klassiska världen – den värld och fysikens lagar som styr våra vardagliga liv. När två partiklar är intrasslade, egenskaperna hos en partikel kan bestämmas genom att titta på den andra. Detta upptäcktes av Einstein, och fenomenet används nu aktivt i kvantkryptografi, där det sägs leda till okrossbara koder. Strålning kan också trasslas in:Detta är fenomenet som Shabir Barzanjeh, en postdoc i gruppen av professor Fink vid IST Österrike och första författare till studien, forskar just nu.

"Föreställ dig en låda med två utgångar. Om utgångarna är intrasslade, man kan karakterisera strålningen som kommer ut från en utgång genom att titta på den andra, " förklarar han. Intrasslad strålning har skapats tidigare, men i denna studie, ett mekaniskt föremål användes för första gången. Med en längd på 30 mikrometer och består av ungefär en biljon (10 ¹² ) atomer, kiselstrålen som skapas av gruppen är stor i kvantskala. "För mig, detta experiment var intressant på en grundläggande nivå, " säger Barzanjeh. "Frågan var:Kan man använda ett så stort system för att producera icke-klassisk strålning? Nu, vi vet att svaret är ja."

Men enheten har också praktiskt värde. Mekaniska oscillatorer skulle kunna fungera som en länk mellan de extremt känsliga kvantdatorerna och optiska fibrer som förbinder dem i datacenter och utanför. "Det vi har byggt är en prototyp för en kvantlänk, säger Barzanjeh.

I supraledande kvantdatorer, elektroniken fungerar bara vid extremt låga temperaturer, några tusendelar av en grad över absoluta nollpunkten (-273,15 °C). Detta beror på att sådana kvantdatorer arbetar på basis av mikrovågsfotoner, som är extremt känsliga för buller och förluster. Om temperaturen i en kvantdator stiger, all information förstörs. Som en konsekvens, att överföra information från en kvantdator till en annan är för närvarande nästan omöjligt, eftersom informationen skulle behöva passera en miljö som är för varm för att den ska överleva.

Klassiska datorer i nätverk, å andra sidan, är vanligtvis anslutna via optiska fibrer, eftersom optisk strålning är mycket robust mot störningar som kan korrumpera eller förstöra data. Att använda denna framgångsrika teknik för kvantdatorer kräver att man bygger en länk som kan omvandla kvantdatorns mikrovågsfotoner till optiska informationsbärare, eller en enhet som genererar intrasslade mikrovågsoptiska fält som en resurs för kvantteleportation. En sådan länk skulle fungera som en brygga mellan den optiska rumstemperaturen och den kryogena kvantvärlden, och enheten som utvecklats av fysikerna är ett steg i den riktningen. "Oscillatorn som vi har byggt har fört oss ett steg närmare ett kvantinternet, " säger första författaren Barzanjeh.

Men detta är inte den enda potentiella tillämpningen av enheten. "Vårt system kan också användas för att förbättra prestandan hos gravitationsvågsdetektorer, " förklarar Shabir Barzanjeh och Johannes Fink tillägger:"Det visar sig att observation av sådana steady-state intrasslade fält innebär att den mekaniska oscillator som producerar det måste vara ett kvantobjekt. Detta gäller för alla typer av medlare, och utan att behöva mäta det direkt, så i framtiden kan vår mätprincip hjälpa till att verifiera eller förfalska den potentiella kvantnaturen hos andra svåra att förhöra system som levande organismer eller gravitationsfältet."