Doświadczenia ze stanem splątanym wskazują na potencjalne zastosowania technik kwantowych
"Głównym celem projektu OAMGHZ było uzyskanie wielowymiarowego stanu splątanego trzech fotonów poprzez wykorzystanie orbitalnego momentu pędu światła (OMP)", wyjaśnia koordynator projektu, dr Mehul Malik z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii, będący jednocześnie stypendystą finansowanego przez UE programu międzynarodowych stypendiów przyjazdowych Marii Skłodowskiej-Curie. W ramach projektu OAMGHZ posłużono się techniką "kasowania kwantowego", która umożliwia splątanie dwóch niezależnych i pozbawionych wspólnej historii par cząstek splątanych. W dotychczasowych eksperymentach tego typu koncentrowano się na splątaniu dwuwymiarowym lub splątaniu kubitów. Prace projektu OAMGHZ dotyczyły jednak opracowania metody tworzenia wielowymiarowych stanów obejmujących wiele fotonów splątanych orbitalnym momentem pędu. Rozpoczęto od zaprojektowania dla potrzeb doświadczeń z OMP przyrządu o wielu wejściach i wyjściach, który pozwalałby rozdzielać i ponownie łączyć fotony. Przyrząd okazał się zbyt skomplikowany, by można go było wykonać w skali niezbędnej dla doświadczeń z wieloma fotonami, więc opracowano alternatywny przyrząd zbliżony do polaryzacyjnego dzielnika wiązki, umożliwiający sortowanie i mieszanie OMP przychodzących fotonów. "Jako pierwsi na świecie uzyskaliśmy stan splątany więcej niż dwóch cząstek o więcej niż dwóch wymiarach splątanych", mówi dr Malik. "Opracowaliśmy też algorytm MELVIN do generowania doświadczeń kwantowych. W ten sposób stworzyliśmy 50 innych niepowtarzalnych, wielowymiarowych stanów splątania wielu fotonów". Implikacje praktyczne Wielowymiarowe stany wielu fotonów splątane orbitalnym momentem pędu stanowią obiecujący kierunek badań ze względu na potencjał wykorzystania fal świetlnych do przenoszenia ogromnych ilości informacji na nieosiągalnym obecnie poziomie bezpieczeństwa. Wykorzystując takie stany splątane, badacze mogą też sprawdzać fundamentalne aspekty teorii kwantowej, co może mieć ważne implikacje praktyczne. Niezwykle przydatnym zastosowaniem takich stanów w roli nośników informacji mógłby na przykład być kwantowy internet przyszłości. Prowadzone badania mogą przynieść ważne korzyści dla powstającego dopiero sektora komunikacji kwantowej, ale również dla innych badaczy zajmujących się optyką kwantową, splątaniem kwantowym i komunikacją kwantową. Opracowano też algorytm warstwowej kryptografii kwantowej umożliwiający trzem stronom bezpieczne dzielenie się informacją w sposób asymetryczny. "Asymetryczne stany splątane, takie jak uzyskany przez nas, otwierają nowy rozdział w badaniach doświadczalnych nad splątaniem i umożliwią w przyszłości tworzenie złożonych, wielopoziomowych sieci kwantowych", mówi dr Malik. Po zakończeniu projektu OAMGHZ w czerwcu 2015 r. dr Malik wraz z zespołem zajął się tworzeniem jeszcze bardziej złożonych, wielowymiarowych stanów splątanych opartych na doświadczeniach wygenerowanych przez algorytm MELVIN. "Cały czas rozwijamy możliwości algorytmu, by móc stosować go również do innych trudnych zagadnień z dziedziny mechaniki kwantowej", dodaje dr Malik.
Słowa kluczowe
OMAGHZ, doświadczenia ze stanem splątanym, OMP, orbitalny moment pędu, MELVIN
