Исследователи из Института Нильса Бора (Niels Bohr Institute) установили новый рекорд в области квантовых оптических коммуникаций. Им удалось поддержать квантовую запутанность двух облаков, состоящих из атомов цезия, в течение одного часа. Это достижение, несомненно, является огромным шагом к тому, что бы наконец-то квантовые оптические коммуникации, которые являются средой для абсолютно безопасной передачи данных, вышли из стен лабораторий и стали применяться для обеспечения работы Интернета, к примеру.

Ключевым моментом квантовой передачи данных на большие расстояния является явление квантовой запутанности двух атомарных систем. Между запутанными атомарными системами существует призрачная связь, не зависящая от расстояния, на которое удалены друг от друга эти системы. Благодаря этой связи обе системы влияют друг на друга на квантовом уровне, стоит изменить одну из характеристик одной из систем, как моментально это изменение проявится и в других системах, связанных с первой явлением запутанности. Однако, связь, обеспечивающая квантовую запутанность, чрезвычайно хрупка, и до настоящего времени исследователям удавалось поддерживать частицы и атомы в запутанном состоянии всего в течение долей секунды.

Для создания квантовой запутанности двух облаков атомов цезия исследователи использовали свет лазера. Но, когда атомы облучаются светом, они поглощают фотоны. Спустя некоторое время спонтанно эти фотоны испускаются атомами назад. Данный процесс, называемый переизлучением света, является препятствием для удержания явления квантовой запутанности вследствие того, что он полностью неконтролируем, а излучение фотона атомом приводит к разрыву квантовой связи.

«Нам удалось захватить контроль над этим спонтанным процессом и использовать его в своих интересах» — рассказывает профессор Юджин Ползик (Eugene Polzik), директор датского Национального исследовательского центра и научного фонда, функционирующего под эгидой университета Копенгагена.

Исследовательская группа проводила эксперименты с квантовой запутанностью, используя два облака атомов цезия, помещенных в отдельные стеклянные контейнеры. Освещая эти облака светом лазера, исследователи управляли коллективным вращением атомов цезия. А при определенных условиях между этими облаками возникала связь и они становились запутанными на квантовом уровне, разделяя между собой их физические и квантовые свойства. Совершенно естественно, что атомы переизлучали фотоны света, из-за чего квантовая запутанность исчезала через доли секунды.

«Но мы разработали технологию, благодаря которой получилось возобновлять квантовую запутанность облака быстрее, чем она исчезает естественным путем. Таким образом мы можем поддерживать квантовую запутанность между двумя облаками атомов все время, которое длится эксперимент. В нашем случае это составило около одного часа» — объясняет Ханна Кротер (Hanna Krauter), ученый — квантовый физик и исследователь из института Нильса Бора.

Данные исследования проводились совместно с учеными из института квантовой оптики Макса Планка в Германии, которые разработали теоретические и математические модели проведенного эксперимента. Физики-теоретики уже в течение пяти последних лет разрабатывали подобные методы и доказывали их работоспособность, но только сейчас, благодаря развитию новых технологий, исследователям удалось реализовать эти методы на практике и заставить и работать.

«Наш прорыв имеет огромный потенциал и обеспечивает новый подход и новый взгляд на область квантовых коммуникаций» — объясняет профессор Юджин Ползик. — «Это, несомненно, станет первым, что заставит практически работать квантовые коммуникации и сделает возможным создание «квантового Интернета»».