Обнаружен новый тип квантовой запутанности: У света открыли более глубокий (и странный) уровень квантовой связи

Физики из Израильского технологического института (Технион) впервые в мире создали и зафиксировали новый тип квантовой запутанности, который проявляется только в наномире. Это первое принципиально новое открытие такого рода за последние два десятилетия, и оно способно кардинально изменить подходы к проектированию квантовых компьютеров и систем сверхзащищенной связи.

Слияние в наноточке

До сих пор ученые умели «запутывать» фотоны по отдельным параметрам: поляризации, частоте или угловому моменту. Причем последний делился на два независимых типа — спин (вращение вокруг своей оси) и орбитальный момент (вращение вокруг оси распространения). Однако работа, опубликованная группой Амита Кама и Шая Цессеса в журнале Nature, демонстрирует, что при помещении света в структуры размером меньше длины его волны это разделение исчезает.

В наномасштабе спин и орбитальный момент фотона сливаются в единое целое — полный угловой момент. Создав наноструктуру в тысячу раз тоньше человеческого волоса, исследователи не только подтвердили это слияние, но и научились запутывать пары фотонов именно по этому новому, гибридному свойству. Измерение полного момента у одного фотона мгновенно определяло состояние его партнера, что является классическим признаком квантовой запутанности.

Новый рычаг управления

Значение этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной физики. «Запутанность по полному угловому моменту — это свойство, рожденное самим наномасштабом, — поясняют авторы работы. — Мы получили принципиально новый инструмент для управления светом на уровне наночипов». Это напрямую связано с проблемой миниатюризации: чем меньше квантовые компоненты, тем плотнее их можно разместить на чипе, повышая производительность устройств.

По сути, открыт новый канал для передачи и обработки квантовой информации. Если раньше ученые использовали для кодирования данных спин или орбитальный момент по отдельности, то теперь в их распоряжении оказывается объединенный ресурс, который существует только в условиях сильного ограничения пространства. Это открывает путь к созданию сверхкомпактных и энергоэффективных квантовых процессоров.

В начале XX века концепция «жуткого дальнодействия» казалась абсурдной даже Эйнштейну, но сегодня она лежит в основе квантовых вычислений. Новое исследование делает еще один шаг к тому, чтобы эти технологии перестали быть лабораторными диковинками. Пока речь идет о фундаментальном подтверждении эффекта, но он уже задал четкое направление для инженеров: следующий этап — проектирование чипов, использующих нано-запутанность для квантовой обработки данных. И, возможно, именно это открытие станет тем самым ключом, который превратит футуристические концепции в повседневную реальность.