В отличие от светлых состояний, темные состояния обладают высокой устойчивостью к внешним возмущениям и демонстрируют необычайно продолжительное время жизни. Это делает их перспективными кандидатами для квантовых технологий следующего поколения, к примеру, квантовой памяти и сверхчувствительных датчиков. Однако, создание и поддержание темных состояний долгое время представляло собой серьезную проблему.
Группа исследователей под руководством физиков из Ульсанского национального института науки и технологий добилась управляемого создания коллективной запутанности на основе темного состояния. Продолжительность ее жизни примерно в 600 раз больше, чем у обычных, светлых состояний, сообщает Phys.
Для достижения такого результата ученые использовали нанополости с тщательно настроенными коэффициентами потерь, поддерживая баланс силы связи между квантовыми точками и рассеиванием энергии в полости.
«Когда потери в резонаторе слишком велики, квантовые точки действуют независимо, не влияя друг на друга, — пояснил Ким Кю Ён, первый автор исследования. — И наоборот, если связь достаточно сильна, формируется коллективное запутанное состояние, устойчивое к внешним возмущениям».
В своих экспериментах группа наблюдала, что запутанность в темном состоянии может длиться до 36 наносекунд — это примерно в 600 раз дольше, чем 62 пикосекунды, характерные для светлых состояний. Кроме того, они обнаружили явление неклассической группировки фотонов, что является прямым доказательством образования темного состояния. Хотя такие состояния обычно подавляют испускание фотонов, при определенных условиях запутанные квантовые точки испускали фотоны одновременно, демонстрируя уникальные особенности темного состояния.
«Эта экспериментальная реализация запутанности темного состояния — ранее возможная лишь теоретически — показывает, что, тщательно контролируя потери, мы можем сохранять квантовые корреляции в течение длительного времени. Это открывает новые возможности для квантового хранения информации, высокоточных датчиков и технологий сбора энергии, основанных на квантовых принципах», — сказал профессор Ким.
Этим летом ученые из Нанкинского университета совершили первый успешный эксперимент по квантовой телепортации в диапазоне частот штатного телеком-оборудования для оптоволоконной связи с записью квантового состояния в твердотельную память. При этом срок хранения состояния в самой памяти был улучшен в 400 раз.
