Квантовые технологии будущего будут использовать идентичные запутанные частицы

Обычно, когда физики выполняют квантовое запутывание частиц — будь то кубиты, атомы, фотоны, электроны и т.п., — эти частицы можно различить. Совсем недавно физики продемонстрировали возможность создания запутанных частиц, которые полностью идентичны. Что примечательно, это запутанность существует именно из-за неразличимости частиц, без какого-либо взаимодействия между ними. Но теперь, в новой работе, физики сделали еще один шаг, показав, что запутанность одинаковых частиц можно использовать и потенциально применить для квантовых приложений

Розарио Ло Франко и Джузеппе Компаньо из Университета Палермо в Италии опубликовали работу о пользе запутанности идентичных частиц в Physical Review Letters.

Как объясняют физики, чтобы две независимо подготовленные, идентичные частицы были запутаны, они должны находиться в физической близости в пространстве — или, говоря техническим языком, волновые функции частиц должны хотя бы частично перекрываться в пространстве. Если пространственного наложения не будет, не будет и запутанности. Если же пространственное наложение будет и в области наложения будут проведены измерения, с определенной вероятностью будет условная запутанность. Запутанность будет наверняка только если волновые функции будут полностью перекрываться в пространстве.

Что самое важное в новом исследовании, так это то, что физики разработали процедуру прямого извлечения запутанности, которая возникает, когда волновые функции полностью перекрываются, с последующим использованием этой запутанности для различных приложений. Для этого они расширили концепцию ЛОКК (локальных операций и классической коммуникации), которая обычно используется для количественного определения запутанности между различимыми частицами, до неразличимых, идентичных частиц. Им потребовалось определение пространственных ЛОКК-операций (sLOCC), чтобы можно было выявить запутанность идентичных частиц и использовать их, например, для протокола телепортации.

«Наше исследование показывает, что основной механизм запутанности может быть реализован путем простого наложения независимых идентичных частиц и доступа к запутанности посредством операций sLOCC», говорит Ло Франко. «Этот операционный подход необходим для проведения экспериментов».