三体“幽灵般”的行动:物理学家纠缠三粒子光

纠缠的三光子非常稳定。

仿佛用两个粒子进行纠缠已经够难了,物理学家们已经实现了三个光子之间的纠缠。纠缠是一种违反直觉的量子物理现象,在这种现象中,一个粒子会影响所有与之纠缠的其他粒子——即使这些粒子相距遥远。例如,如果一个粒子处于某种状态,那么其他粒子也可能处于相同状态。然而,在这种情况下,每个光子(即光粒子)都具有相同的偏振——无论是水平的还是垂直的。

通常情况下,一次只纠缠两个光子会更容易。包括这个团队在内的少数几个研究实验室以前也曾实现过三个或更多光子的纠缠。然而,这项新的研究创造了比以往更稳定的纠缠三光子。这种稳定性意味着纠缠光子离实际应用更近了一步(尽管它们离实际应用还有很长的路要走)。研究人员希望未来纠缠光子能在量子计算机或通信技术中发挥作用。

为了制造纠缠的三光子,来自加拿大、美国和瑞典的研究人员从一个同时具有水平和垂直偏振的蓝色光子开始。能够同时处于两种状态是量子粒子的另一个特性,这也是计算机科学家对量子物理感兴趣的原因。能够同时处于两种状态的粒子,其信息承载能力可能比一次只能处于一种状态的经典计算机更强。

Verma/NIST

研究团队将这个量子蓝色光子通过一个晶体,将其转变为两个能量较低、呈红色的、偏振匹配(水平或垂直)的纠缠光子。接下来,他们将其中一个红色光子通过另一个晶体,将其转化为两个能量较低、呈红外的、纠缠的光子。碰巧的是,这些红外光子仍然与剩余的红色光子纠缠在一起,于是就得到了:三个纠缠光子。

进一步的测试表明,这些三光子确实是真正纠缠的,而且要做到这一点是很少见的。过程的第一步产生两个纠缠光子的概率仅为十亿分之一。然后,第二步产生纠缠三光子的概率为百万分之一。

国际团队在本周的《自然光子学》杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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