Дослідники повідомили про створення гібридного оптичного стану типу «кіт Шредінгера», у якому світловий імпульс перебуває в суперпозиції двох фазових станів і водночас пов’язаний з окремим керувальним фотоном. Заявлений розмір стану становить α² = 2,4, однак експеримент поки є доказом принципу: заплутаність лише ненабагато перевищила заданий авторами поріг, а втрати світла залишаються великими.
α² = 2,4 описує відстань між двома фазовими станами світла
У цьому досліді «кіт Шредінгера» не означає фізичний об’єкт у двох місцях. Йдеться про світловий імпульс, який до вимірювання існує як суперпозиція двох варіантів із різним зсувом фази хвилі. Що помітніша різниця між цими варіантами, то більшим вважають такий оптичний «котячий» стан.
Його розмір автори описують параметром α². Для нового стану вказано значення 2,4, тоді як у матеріалах про рекорд 2019 року наводили 1,4. Водночас називати цей результат найбільшим оптичним «котом» без уточнень некоректно. Ідеться саме про гібридний стан, у якому оптичний «кіт» зберігає заплутаність з іншим фотоном. Для ізольованих оптичних станів повідомляли й більші значення.
Рідбергівські атоми дали фотону змогу змінити фазу імпульсу
Звичайні фотони майже не взаємодіють між собою, тому керувати одним світловим сигналом за допомогою іншого складно. В експерименті цю проблему обходили через рідбергівські атоми. У таких атомах один електрон перебуває далеко від ядра, завдяки чому атоми сильно впливають один на одного.
Керувальний фотон спрямовували одразу двома шляхами. Якщо він проходив через область з атомами, фаза світлового імпульсу змінювалася на протилежну. Якщо фотон оминав атоми, імпульс залишався в початковому фазовому стані. Так шлях фотона ставав пов’язаним зі станом світла, утворюючи гібридну систему.
Томографія показала fidelity 51,2 ± 0,4% до беллівського стану
Стан світла не можна перевірити одним вимірюванням без руйнування самої квантової картини. Тому дослідники застосували квантову томографію: виконали серію вимірювань у різних конфігураціях і за сукупністю даних реконструювали стан системи.
Для найбільшого створеного стану повідомлено fidelity до беллівського стану 51,2 ± 0,4%. Автори використовують перевищення 50% як критерій наявності заплутаності, тому результат підтримує висновок про зв’язок між оптичним «котом» і керувальним фотоном. Проте запас над порогом невеликий. Це статистично помітне свідчення, але не демонстрація технології, готової до масштабних квантових обчислень.
Значення α² = 2,4 і fidelity автори наводять після корекції втрат детектування. Сам матеріал доступний як препринт, тобто на момент публікації він може ще не пройти незалежне рецензування.
Втрати 20,2% під час створення і близько 21% під час вимірювання стримують масштабування
Великі оптичні суперпозиції особливо чутливі до втрати навіть невеликої частини світла та до шуму. У цьому експерименті під час створення стану втрачалося 20,2 ± 1,1% світла, а під час вимірювання зникало ще приблизно 21%. Такі втрати руйнують крихкий зв’язок між фазовими варіантами імпульсу й ускладнюють нарощування розміру стану.
Автори планують подовжувати світлові імпульси та поліпшувати стабілізацію лазерів. Якщо вдасться зменшити втрати й зберегти заплутаність для більших станів, подібні гібридні системи можуть стати корисними для оптичних квантових обчислень. Нинішній результат показує напрямок такого розвитку, а не готовий процесор.