Kvantintrassling är det grundläggande fenomenet som ligger till grund för funktionen hos en mängd olika kvantsystem, inklusive kvantkommunikation, kvantavkännings- och kvantberäkningsverktyg. Detta fenomen är ett resultat av en interaktion (dvs. intrassling) mellan partiklar. Att uppnå intrassling mellan avlägsna och mycket olika objekt, dock, har hittills visat sig vara mycket utmanande.

Forskare vid Köpenhamns universitet har nyligen skapat en intrassling mellan en mekanisk oscillator och en kollektiv atomspinnoscillator. Deras arbete, beskrivs i en tidning publicerad i Naturfysik , introducerar en strategi för att skapa förveckling mellan dessa två distinkta system.

"För ungefär ett decennium sedan, vi föreslog ett sätt att generera intrassling mellan en mekanisk oscillator och en spinoscillator via fotoner, med hjälp av principen som senare kallades "kvantmekanikens fria delrum" eller "banor utan kvantosäkerheter, '" sa Eugene S. Polzik, som ledde gruppen som genomförde studien. "I vår nya tidning, vi rapporterar experimentellt genomförande av dessa förslag."

För att generera intrassling mellan ett mekaniskt och ett spinnsystem, Polzik och hans kollegor utnyttjade en nyckelfunktion hos spinoscillatorer, nämligen att de kan ha en effektiv negativ massa. När den är upprymd, en spinoscillators energi reduceras, vilket gör att den kan trassla in sig i en mer konventionell mekanisk oscillator som har en positiv massa. Forskarna genererade experimentellt denna intrassling genom att utföra en gemensam mätning på båda oscillatorerna.

"Intrassling mellan det mekaniska och spinnsystemet genereras genom att sända ljus genom båda systemen, en mekanisk oscillator med positiv massa och en spinoscillator med en effektiv negativ massa, " sade Polzik. "När man utför en mätning på det transmitterade ljuset projicerar de två systemen in i ett intrasslat tillstånd. Efterföljande upprepad mätning verifierar intrasslingen genom att visa att kvantfluktuationerna för de två systemen är starkt korrelerade."

Experimentet som Polzik och hans kollegor utförde visar att mekanisk rörelse kan, åtminstone i princip, mätas med godtycklig noggrannhet genom att identifiera och tillämpa en lämplig referensram. Dessa mätningar övervinner den så kallade "standardkvantgränsen för mätning" som härrör från Heisenbergs osäkerhetsprincip, som är tillämplig på mätningar i en standard, klassisk referensram.

"Kärnan i osäkerhetsprincipen är balansen mellan mätningens oprecision och störningen som orsakas av mätningen, quantum back action, ", sa Polzik. "Med en mätning i den negativa massreferensramen stör de bakåtverkande störningarna på objektet och på referensramen distraherande och eliminerar, vilket leder till potentiellt obegränsad mätnoggrannhet."

Detta team av forskare var de första som experimentellt demonstrerade intrassling mellan ett mekaniskt och ett spinnsystem. I framtiden, deras arbete skulle kunna bidra till utvecklingen av nya kvantteknologier och protokoll som är baserade på intrassling mellan olika typer av oscillatorer. I sina nästa studier, Polzik och hans kollegor planerar att utvärdera effektiviteten av deras tillvägagångssätt för att utföra kvantteleportering och att utveckla andra kvantkommunikationsverktyg.

"Med den senaste observationen av kvantryggverkan av gravitationsvågsdetektorernas team LIGO och VIRGO blir sätten att övervinna kvantryggaktionsgränserna särskilt relevanta för dessa extremt utmanande instrument, ", sa Polzik. "Vi konstruerar ett experiment där vi avser att demonstrera potentiell tillämpbarhet av vår strategi för den förbättrade känsligheten hos gravitationsvågsdetektorer."

© 2020 Science X Network