Феномен запутанности — свойства двух объектов становятся настолько коррелированными, что их больше нельзя описать независимо друг от друга — физики демонстрировали множество раз на фотонах и атомах. Даже в этом масштабе хрупкие корреляции квантовой запутанности легко разрушаются воздействием окружающей среды, а чем крупнее и сложнее объект, тем труднее сохранить его квантовое поведение.

Команда исследователей из Флорентийского университета решила изучить квантовую запутанность между фотонами и крошечным стеклянным шариком диаметром 100 нанометров. Примерно такого же размера вирусы. Однако по квантовым меркам это колосс, содержащий десятки миллионов атомов.

Квантовое поведение, которое интересовало исследователей, связано не с каким-то одним из этих атомов, а с движением центра масс всей сферы. Для того чтобы сохранить изоляцию, необходимую для квантового поведения, шарик не был ни к чему прикреплен. Его удерживали в состоянии левитации в узкосфокусированном лазерном пучке — так называемом оптическом пинцете. Пинцет использовал силу воздействия света (давление излучения) для поддержания наночастицы в подвешенном состоянии и ее фиксации между двумя встречно расположенными зеркалами, образующими оптический резонатор, позволяя ей колебаться вокруг положения равновесия.

Все это происходило внутри почти вакуумной камеры, изолирующей движение сферы от возмущений среды. Однако создание запутанности оказалось гораздо сложнее. Чтобы перевсти шарик в квантовый режим, исследователям нужен был свет, который охлаждал бы и стабилизировал его движение. Проблема в том, что свет, необходимый для генерации запутанности, делал противоположное: нагревал движение сферы и, в конечном счете, дестабилизировал его. Нужно было разделить задачу охлаждения сферы и задачу запутывания.

«Решение состояло в том, чтобы развязать эти два явления, используя два различных лазера — один с красным смещением, другой с синим относительно разных резонансов оптической полости — и объединив их в один двухцветный пинцет», — объяснил Франческо Марин, глава научной группы.

Свет с красным смещением охлаждал и стабилизировал крошечные колебания сферы, приближая ее движение к квантовому основному состоянию, а свет с синим смещением запутывал это движение со светом.

Важно, что ничего из этого не требовало криогенного охлаждения, в отличие от множества экспериментов по квантовой оптомеханике: лазеры охлаждали только движение сферы, а левитация и почти вакуумная среда защищали это охлажденное движение от внешних влияний.

Кроме того, ученые смогли доказать, что корреляции состояний — действительно квантовые по своей природе, а не созданы классической физикой, и соответствуют запутанности между движением наносферы и светом.

Дальнейшая задача исследователей — соединить несколько таких наносфер в разных оптических пинцетах в более крупную квантовую систему, пишет Science Alert.

Ученые из Японии и Великобритании разработали новую технологию акустической левитации, которая позволяет удерживать и перемещать мелкие предметы в воздухе на расстояние до 40 см — в шесть раз дальше, чем было возможно раньше.