Entanglement quantistico, una delle caratteristiche più intriganti dei sistemi quantistici multiparticelle, è diventato un elemento fondamentale sia nell'elaborazione delle informazioni quantistiche che nel calcolo quantistico. Se due particelle sono entangled, non importa quanto lontano siano separati, la meccanica quantistica prevede che la misurazione di una particella porta al collasso istantaneo della funzione d'onda dell'altra particella.

Tale "azione spettrale a distanza" non è intuitiva, e nel 1935, Einstein ha tentato di utilizzare l'entanglement per criticare la meccanica quantistica per suggerire che la descrizione quantistica della realtà fisica è incompleta. Einstein credeva che nessuna informazione potesse viaggiare più veloce della luce, e ha suggerito che potrebbero esserci alcune teorie locali sulle variabili nascoste che potrebbero spiegare il mondo in modo deterministico, se e solo se obbediscono al realismo e alla località. Nel 1964, J. S. Bell ha mostrato che il dibattito può essere risolto sperimentalmente testando una disuguaglianza; misurando le correlazioni tra le parti coinvolte, il risultato calcolato dalle teorie delle variabili nascoste locali dovrebbe essere vincolato dalla disuguaglianza di Bell, quale, d'altra parte, può essere violato nelle previsioni della meccanica quantistica.

Riducendo drasticamente la velocità della luce, i ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology hanno implementato un Bell Test e sono stati in grado di generare bifotoni a banda stretta entangled a bin di frequenza da miscelazione spontanea a quattro onde (SFWM) in atomi freddi con una configurazione a doppio percorso, dove la differenza di fase tra i due percorsi spaziali può essere controllata indipendentemente e non localmente.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista ottica il 15 aprile 2017.

"Abbiamo testato la disuguaglianza CHSH Bell e registrato |S|=2,52±0,48|S|=2,52±0,48, che viola la disuguaglianza di Bell |S|≤2, " ha detto Shengwang Du, professore di fisica all'HKUST e capo del gruppo di ricerca. "Abbiamo dimostrato in modo inequivocabile la generazione di bifotoni a banda stretta entangled (circa 1 MHz) in bin di frequenza, che può interagire in modo efficiente con nodi quantistici atomici stazionari in una rete quantistica atomo-fotone. A causa della loro larghezza di banda ridotta, questi bifotoni possono essere archiviati e recuperati da una memoria quantistica con alta efficienza".

"Il nostro risultato, per la prima volta, testa la disuguaglianza di Bell in una correlazione temporale non locale di bifotoni a banda stretta entangled con bin di frequenza con rilevamento risolta nel tempo, " disse Xianxin Guo, un coautore del documento. "Questo avrà applicazioni nell'elaborazione delle informazioni quantistiche che coinvolgono l'entanglement tempo-frequenza".

Lo studio ha rivelato dettagli temporali che concordano bene con i calcoli teorici basati sulla meccanica quantistica, e implica la possibilità di codificare e decodificare informazioni qubit nel dominio del tempo.

"La nostra sorgente di bifotoni entangled con bin di frequenza a banda stretta in questo lavoro può essere idealmente implementata per produrre singoli fotoni annunciati puri in uno stato di qubit a due colori con una fase sintonizzabile, facendo uso di entanglement, ottica lineare, e rilevamento risolta nel tempo, " disse Guo.