Förveckling, en kraftfull form av korrelation mellan kvantsystem, är en viktig resurs för kvantberäkning. Forskare från Quantum Optomechanics -gruppen vid Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, nyligen intrasslade två laserstrålar genom att studsa dem från samma mekaniska resonator, ett spänt membran. Detta ger ett nytt sätt att trassla in olika elektromagnetiska fält, från mikrovågsstrålning till optiska strålar. Särskilt, att skapa sammanfiltring mellan optiska fält och mikrovågsfält skulle vara ett viktigt steg mot att lösa den mångåriga utmaningen att dela sammanfiltring mellan två avlägsna kvantdatorer som arbetar i mikrovågsregimen. Resultatet publiceras nu i Naturkommunikation .

I ett framtida kvantinternet, det är kvantdatorernas internet, trassel måste delas mellan två avlägsna kvantdatorer. Detta görs vanligtvis med elektromagnetiska länkar som optiska fibrer. Nuvarande, ett av de mest avancerade kvantsystemet är baserat på supraledande kretsar, som fungerar i mikrovågsregimen. Så avancerat som det är, att ansluta sådana datorer till nätverk utgör fortfarande en brant utmaning:mikrovågor kan inte sprida sig långt utan förlust, vilket är skadligt för kvantberäkningsuppgifter. Ett sätt att lindra detta problem är att först trassla in mikrovågor med optiska fält, använd sedan optiska länkar, med mycket lägre förlust, för fjärrkommunikation. Dock, på grund av stor skillnad i våglängder (millimeter för mikrovågor och mikrometer för ljus), denna konvertering är fortfarande en utmaning.

Objekt vibrerar när de bombarderas av ljuspartiklar

När ett elektromagnetiskt fält, dvs en laserstråle, reflekteras från ett vibrerande föremål, den kan läsa av vibrationerna. Detta är en mycket använd effekt vid optisk baserad avkänning. Å andra sidan, ett elektromagnetiskt fält består av fotoner, energikulor av ljus. När ljuset studsar av objektet, fotonerna bombarderar det, vilket leder till ytterligare vibrationer. Denna extra vibration kallas quantum backaction. Reflektion av två elektromagnetiska fält på samma mekaniska objekt ger en effektiv interaktion mellan fälten. Sådan interaktion sker oavsett våglängden för de två fälten. Sedan, denna interaktion kan utnyttjas för att skapa intrassling mellan de två fälten, oberoende av deras våglängder, t.ex. mellan mikrovågsugn och optik. Även om kvantbackaktion kan vara framträdande för föremål så små som en atom, bara de senaste åren, forskare har kunnat göra makroskopiska mekaniska enheter som är så känsliga för att observera denna effekt.

Ultrakänslig mekanisk enhet förmedlar intrassling

I deras nu rapporterade arbete, forskare från Quantum Optomechanics -gruppen använder ett tunt membran, 3x3 mm bred, tillverkad av kiselnitrid och genomborrad med ett hålmönster som isolerar rörelsen i den centrala dynan. Detta gör enheten känslig nog för att visa kvantbackaktion. De lyser två lasrar på membranet samtidigt, där den ena lasern ser den andra kvantbacken, och vice versa. På det här sättet, starka samband, och verkligen trassel, genereras mellan två lasrar. "Man kan säga att de två lasrarna" pratar "genom membranets rörelse, "säger Junxin Chen, som har arbetat med projektet under sin doktorsexamen, och är en av de främsta författarna till den vetenskapliga artikeln.

"Membranoscillatorn fungerar som ett interaktionsmedium, eftersom lasrarna inte pratar med varandra direkt - fotonerna interagerar inte själva, bara genom oscillatorn. "Junxin Chen säger vidare, "samspelet mellan fotoner och membranet är våglängdsoberoende, tillåter i princip mikrovågsoptisk intrassling. "Ytterligare experimentellt arbete kommer att vara nödvändigt för att göra detta-särskilt drift av membranet vid en temperatur nära absolut noll, där superledande kvantdatorer fungerar idag. Experiment på detta sätt pågår vid Niels Bohr Institute.