Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har konstruerat ett kvantmekaniskt tillstånd där färgerna på tre fotoner är intrasslade med varandra. Staten är en speciell kombination, kallas ett W -tillstånd, som bibehåller en viss intrassling även om en av de tre fotonerna går förlorad, vilket gör den användbar för kvantkommunikation. Sådana intrasslade tillstånd möjliggör också nya kvantapplikationer och tester av grundläggande fysik.

Det unika med detta arbete är att forskarna använde färg, eller fotonenas energi, som den intrasslade graden av frihet, medan tidigare arbete använde polarisering. Energin hos en foton kan inte lätt ändras, vilket minskar risken för fel när det energiinviklade W-tillståndet förökar sig över en lång sträcka. Staten verifierades för första gången genom att mäta information om tvåfotonundersystemen. Deras resultat publiceras i Fysiska granskningsbrev .

"Människor har skapat polarisations-intrasslade W-stater tidigare, "noterade Bin Fang, doktoranden på projektet. "Dock, detta är det första diskreta energiinviklade W-tillståndet och det första trefoton-intrasslade tillståndet som skapas i optisk fiber. "

För att skapa staten, forskarna lyser in en laser i en glasfiber. Genom en process som kallas spontan fyrvågsblandning, fyra laserfotoner interagerar med fibern och förstörs för att skapa två fotoner i olika färger (t.ex. två par röda och gröna fotoner). Dessa fyra fotoner används för att konstruera 3-foton W-tillståndet. En av dem upptäcks vara grön, lämnar de tre andra intrasslade som ett W -tillstånd, som består av alla möjliga iterationer av två röda fotoner och en grön foton på en gång.

Illustrationen som forskarna använder är trafikljus.

"Som tre trafikljus som alltid signalerar två stopp och en gå, fotonernas färger slutar alltid vara två röda och en grön, men den specifika kombinationen ställs inte in förrän vi gör en mätning - ett kännetecken för den kvantmekaniska naturen hos fotoner, "sa Virginia Lorenz, docent i fysik och huvudutredaren.

Jämfört med andra typer av trepartiklar som trasslar in sig, W -tillståndet är användbart för kvantkommunikation i det, om en av fotonerna försvinner, de andra två behåller en viss intrassling, vilket betyder att kommunikationen kan fortsätta.

"En annan ny aspekt av denna forskning är att vi hittade en väg för att verifiera att staten är den vi siktade på som kringgår ett komplicerat färgomvandlingssteg, "sa Lorenz." Våra teoretiker -samarbetspartners kom på ett sätt att ganska enkelt visa att W -staten existerar. "