Ученым впервые удалось получить, зарегистрировать и посчитать одновременно 100 тысяч фотонов света, запутанных на квантовом уровне. Это рекордное количество во много раз превысило предыдущее подобное достижение, которое составляло сначала всего 8, а затем 12 запутанных фотонов. Такая технология регистрации и подсчета "тонкой" квантовой связи между многими фотонами света может оказаться очень полезной для функции безопасного разделения ключей шифрования, использующихся в системах защищенных оптических коммуникаций.

Следует напомнить, что запутанные фотоны разделяют одно общее квантовое состояние. Таким образом, изменение квантового состояния одного из запутанных фотонов влечет за собой синхронное изменение состояния и других запутанных фотонов, независимо от расстояния, разделяющего их в физическом мире.

Обнаружение явления квантовой запутанности обычно заключается в измерении идентичности - одновременном обнаружении фотонов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии в разных точках пространства. Использовавшийся ранее метод измерения мог успешно работать только лишь с небольшим количеством фотонов, что обусловило малое количество запутанных фотонов, обнаруженных ранее, хотя фактически их могло быть гораздо больше. Но когда дело доходит до большого количества фотонов, то чувствительности самых лучших датчиков становится недостаточно для различения запутанных и незапутанных частиц.

"Когда вы начинаете оперировать большим количеством фотонов, вы нуждаетесь в совершенно новой методике измерений" - рассказывает Мария Чехова, ученая из Института изучения света Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) в Эрлангене, Германия. Новый метод, о котором упомянула Чехова, заключается в определении, разделают ли фотоны одну и ту же поляризацию при определенных условиях. Команда Чеховой реализовала на практике этот метод и провела эксперимент, который продемонстрировал работоспособность нового метода измерения.

Исследователи "стреляли" короткими импульсами лазерного света через устройство, называемое поляризирующим разделителем луча (polarising beam splitter), которое из одного луча делает два луча света с различной поляризацией фотонов. Полученные два луча пропустили сквозь кристалл бария для того, что бы изменить длину волны фотонов, сохранив при этом их поляризацию. После такой операции лучи были снова объединены в один луч, импульс которого содержал около 100 тысяч фотонов.

Полученный короткий луч был снова разделен на два луча с различной поляризацией после чего с помощью чувствительных датчиков было подсчитано количество фотонов в каждом луче и были измерены различия в их поляризации. Не вдаваясь сильно в физико-математические дебри, можно сказать, что полученные физиками данные указали на то, что все измеренные фотоны были запутаны на квантовом уровне и их разделяемым квантовым состоянием являлась их поляризация.

Кристоф Симон, ученый из университета Калгари в Канаде, указывает, что скачок от десятков запутанных фотонов до 100 тысяч является не столь существенным, как это звучит. Фотоны, участвовавшие в предыдущем "рекорде" разделяли суперпозицию из двух квантовых состояний, в то время, как фотоны у Чеховой разделили приблизительно миллион квантовых состояний, делая саму природу квантовой запутанности очень сложной и сильно отличающейся от первоначального варианта. "Нужно быть очень осторожным, сравнивая два эксперимента" - утверждает Кристоф Симон.

Но, несмотря на такой скептицизм, работа, проделанная Марией Чеховой и ее командой, может иметь весьма важное значение для дальнейшего развития квантовой области в целом. Она может оказать влияние на разработку будущих квантовых компьютеров, наверняка затронет область защищенных квантовых коммуникаций и другие области, где используется явление квантовой запутанности частиц.