I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno costruito uno stato quantomeccanico in cui i colori di tre fotoni sono intrecciati tra loro. Lo stato è una combinazione speciale, chiamato stato W, che mantiene un po' di entanglement anche se uno dei tre fotoni viene perso, che lo rende utile per la comunicazione quantistica. Tali stati entangled consentono anche nuove applicazioni quantistiche e test della fisica fondamentale.

L'unicità di questo lavoro è che i ricercatori hanno usato il colore, o l'energia dei fotoni, come l'intricato grado di libertà, mentre il lavoro precedente usava la polarizzazione. L'energia di un fotone non può essere facilmente modificata, che riduce la possibilità di errori quando lo stato W con energia entangled si propaga su una lunga distanza. Lo stato è stato verificato per la prima volta misurando le informazioni sui sottosistemi a due fotoni. I loro risultati sono pubblicati in Lettere di revisione fisica .

"Le persone hanno già creato stati W con entanglement di polarizzazione, " ha osservato Bin Fang, lo studente laureato sul progetto. "Però, questo è il primo stato W con entanglement a energia discreta e il primo stato entangled a tre fotoni creato in fibra ottica".

Per creare lo Stato, i ricercatori puntano un laser su una fibra di vetro. Attraverso un processo chiamato miscelazione spontanea a quattro onde, quattro fotoni laser interagiscono con la fibra e si annichilano per creare due coppie di fotoni di colore diverso (ad esempio, due coppie di fotoni rosso e verde). Questi quattro fotoni sono usati per costruire lo stato W a 3 fotoni. Uno di loro viene rilevato essere verde, lasciando gli altri tre entangled come uno stato W, che comprende tutte le possibili iterazioni di due fotoni rossi e un fotone verde contemporaneamente.

L'illustrazione che usano i ricercatori è quella dei semafori.

"Come tre semafori che segnalano sempre due fermate e un via, i colori dei fotoni finiscono sempre per essere due rossi e un verde, ma la combinazione specifica non viene impostata finché non effettuiamo una misurazione, una caratteristica della natura quantomeccanica dei fotoni, " disse Virginia Lorenz, professore associato di fisica e ricercatore principale.

Rispetto ad altri tipi di entanglement a tre particelle, lo stato W è utile per la comunicazione quantistica in quanto, se uno dei fotoni viene perso, gli altri due conservano un po' di groviglio, il che significa che la comunicazione è in grado di continuare.

"Un altro nuovo aspetto di questa ricerca è che abbiamo trovato un percorso per verificare che lo stato a cui miravamo eludesse un complicato passaggio di conversione del colore, " ha detto Lorenz. "I nostri collaboratori teorici hanno escogitato un modo per dimostrare in modo abbastanza diretto che lo stato W esiste".