impigliamento, una potente forma di correlazione tra i sistemi quantistici, è una risorsa importante per l'informatica quantistica. I ricercatori del gruppo di optomeccanica quantistica del Niels Bohr Institute, Università di Copenaghen, ha recentemente impigliato due raggi laser facendoli rimbalzare sullo stesso risonatore meccanico, una membrana tesa. Ciò fornisce un nuovo modo di impigliare campi elettromagnetici disparati, dalle radiazioni a microonde ai fasci ottici. In particolare, creare entanglement tra campi ottici e microonde sarebbe un passo fondamentale verso la soluzione della sfida di vecchia data della condivisione dell'entanglement tra due computer quantistici distanti che operano nel regime delle microonde. Il risultato è ora pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

In un futuro Internet quantistico, questa è l'internet dei computer quantistici, l'entanglement deve essere condiviso tra due computer quantistici distanti. Questo viene in genere fatto con collegamenti elettromagnetici come le fibre ottiche. Attualmente, uno dei sistemi quantistici più avanzati è basato su circuiti superconduttori, che funzionano nel regime delle microonde. Per quanto avanzato, il collegamento di tali computer in rete rappresenta ancora una sfida impegnativa:le microonde non possono propagarsi lontano senza perdite che sono dannose per le attività di calcolo quantistico. Un modo per alleviare questo problema consiste nell'impigliare prima le microonde con campi ottici, quindi utilizzare collegamenti ottici, con perdite di gran lunga inferiori, per la comunicazione a lunga distanza. Però, a causa della grande differenza di lunghezze d'onda (millimetri per microonde e micrometri per luce), questa conversione rimane una sfida.

Gli oggetti vibrano quando vengono bombardati da particelle luminose

Quando un campo elettromagnetico, cioè un raggio laser, viene riflesso da un oggetto vibrante, può leggere la vibrazione. Questo è un effetto ampiamente utilizzato nel rilevamento ottico. D'altra parte, un campo elettromagnetico è composto da fotoni, proiettili di energia di luce. Quando la luce viene rimbalzata sull'oggetto, i fotoni lo bombardano, portando a vibrazioni aggiuntive. Questa vibrazione aggiuntiva è chiamata backaction quantistica. La riflessione di due campi elettromagnetici sullo stesso oggetto meccanico fornisce un'interazione efficace tra i campi. Tale interazione avviene indipendentemente dalla lunghezza d'onda dei due campi. Quindi, questa interazione può essere sfruttata per creare entanglement tra i due campi, indipendentemente dalle loro lunghezze d'onda, per esempio. tra microonde e ottica. Sebbene la retroazione quantistica possa essere importante per oggetti piccoli come un atomo, solo negli ultimi anni, i ricercatori sono stati in grado di realizzare dispositivi meccanici macroscopici così sensibili da osservare questo effetto.

Il dispositivo meccanico ultrasensibile media l'entanglement

Nel loro lavoro ora riportato, i ricercatori del gruppo Quantum Optomechanics utilizzano una membrana sottile, 3x3 mm di larghezza, realizzato in nitruro di silicio e forato con un motivo di fori che isola il movimento del pad centrale. Questo rende il dispositivo abbastanza sensibile da mostrare la retroazione quantistica. Fanno brillare due laser sulla membrana contemporaneamente, dove un laser vede la retroazione quantistica dell'altro, e viceversa. In questo modo, forti correlazioni, e in effetti l'intreccio, viene generato tra due laser. "Si potrebbe dire che i due laser 'parlano' attraverso il movimento della membrana, "dice Junxin Chen, che ha lavorato al progetto durante il suo dottorato di ricerca, ed è uno dei principali autori dell'articolo scientifico.

"L'oscillatore a membrana funziona come un mezzo di interazione, perché i laser non si parlano direttamente tra loro:i fotoni non interagiscono da soli, solo attraverso l'oscillatore." Junxin Chen dice inoltre, "l'interazione tra i fotoni e la membrana è indipendente dalla lunghezza d'onda, consentendo in linea di principio l'entanglement ottico-microonde." Ulteriori lavori sperimentali saranno necessari per fare ciò, in particolare il funzionamento della membrana a una temperatura vicina allo zero assoluto, a cui oggi lavorano i computer quantistici superconduttori. Esperimenti in questo senso sono in corso presso l'Istituto Niels Bohr.