Forskere skaber den første tre-foton farvesammenfiltrede W-tilstand

Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign har konstrueret en kvantemekanisk tilstand, hvor farverne på tre fotoner er viklet ind i hinanden. Staten er en særlig kombination, kaldet en W-tilstand, der bevarer noget sammenfiltring, selvom en af ​​de tre fotoner går tabt, hvilket gør det nyttigt til kvantekommunikation. Sådanne sammenfiltrede tilstande muliggør også nye kvanteapplikationer og test af grundlæggende fysik.

Det unikke ved dette arbejde er, at forskerne brugte farver, eller fotonernes energi, som den indviklede grad af frihed, mens tidligere arbejde brugte polarisering. En fotons energi kan ikke nemt ændres, hvilket reducerer muligheden for fejl, når den energi-sammenfiltrede W-tilstand forplanter sig over en lang afstand. Tilstanden blev verificeret for første gang ved at måle information om to-foton undersystemer. Deres resultater offentliggøres i Fysisk gennemgangsbreve .

"Folk har skabt polarisationsindviklede W-tilstande før, " bemærkede Bin Fang, kandidatstuderende på projektet. "Imidlertid, dette er den første diskrete energi-sammenfiltrede W-tilstand og den første tre-foton-sammenfiltrede tilstand skabt i optisk fiber."

For at skabe staten, forskerne skinner en laser ind i en glasfiber. Gennem en proces kaldet spontan fire-bølge blanding, fire laserfotoner interagerer med fiberen og tilintetgøres for at skabe to par fotoner i forskellige farver (f.eks. to par røde og grønne fotoner). Disse fire fotoner bruges til at konstruere 3-foton W-tilstand. En af dem opdages at være grøn, efterlader de tre andre indviklet som en W-tilstand, som består af alle mulige iterationer af to røde fotoner og en grøn foton på én gang.

Illustrationen, som forskerne bruger, er trafiklys.

"Som tre lyskryds, der altid signalerer to stop og en tur, fotonernes farver ender altid med at være to røde og en grøn, men den specifikke kombination er ikke fastsat, før vi foretager en måling - et træk ved fotonernes kvantemekaniske natur, " sagde Virginia Lorenz, lektor i fysik og hovedforsker.

Sammenlignet med andre typer af sammenfiltring af tre partikler, W -tilstanden er nyttig til kvantekommunikation, idet hvis en af ​​fotonerne går tabt, de to andre bevarer noget sammenfiltring, hvilket betyder, at kommunikationen kan fortsætte.

"Et andet nyt aspekt af denne forskning er, at vi fandt en vej til at verificere, at staten er den, vi sigtede mod, der omgår et kompliceret trin i farvekonvertering, " sagde Lorenz. "Vores teoretikere fandt på en måde, hvorpå de ret ligetil kan vise, at W-staten eksisterer."