Наличие парадоксального состояния квантовой запутанности, при котором измерение свойств одного квантового бита информации влияет на другой, связанный с ним, проверяется неравенством Белла. Теорема, предложенная Джоном Беллом в 1964 году, позволяет выразить математически разницу между классическим и квантовым поведением. В квантовом мире частицы могут проявлять более сильные корреляции, чем возможно в классическом мире. Неравенство Белла устанавливает пороговое значение, за пределом которого природа корреляции считается квантовой, что указывает на присутствие феномена квантовой запутанности.

Физики из Института Нильса Бора применили неравенство Белла к результатам своего эксперимента, основанного на квантовых точках и волноводах, сообщает Phys.org. Квантовые точки — наноразмерные структуры, разработанные для улавливания нейтральных квазичастиц экситонов. Пойманные экситоны проявляют квантированные энергетические состояния, то есть ведут себя как искусственные атомы, но интегрированные в чип. Кроме того, их энергетический уровень можно настроить.

Системы квантовых точек могут служить генераторами излучения, то есть испускать отдельные фотоны. В определенных условиях эти фотоны могут становиться запутанными. Для повышения эффективности, когерентности и стабильности фотонов, исходящих от квантовых точек, исследователи соединили их с фотонно-кристаллическим волноводом. Волноводы позволяют контролировать и управлять направлением и длиной волны света, повышая взаимодействие света и вещества. Однако, сопряжение между волноводом и квантовыми точками вызывает определенные трудности.

«Для улучшения взаимодействия света и вещества мы изготовили фотонно-кристаллический волновод, который обеспечивает сильное удержание квантовой точки, — объяснил Шикай Лю. — Это привело к высокому коэффициенту передачи оптической мощности света в волноводе (более 90%), а эффект Парселла достиг 16 благодаря замедлению света в наноструктуре и повышению времени его взаимодействия с квантовой точкой».

Проще говоря, эмиссия света из квантовых генераторов излучения повысилась за счет того, что они были помещены в благоприятную среду.

При помощи интерферометров ученые провели тест на неравенство Белла и получили значение, превышающее пороговое. Результат подтвердил наличие запутанного состояния, возникшего в результате разработанного датскими физиками метода.

Одним из преимуществ этого метода является энергетическая эффективность. На создание состояния запутанности ученые израсходовали в тысячу раз меньше электроэнергии, чем традиционные однофотонные источники.

Феномен квантовой запутанности позволяет двум фотонам общаться быстрее скорости света, вне зависимости от разделяющего их расстояния. Ученые из Академии наук Китая продемонстрировали, что однажды это явление можно будет использовать для создания квантовых моторов и батарей, которые пригодятся для питания квантовых компьютеров следующего поколения.