Будущие квантовые технологии могут использовать идентичную запутанность частиц

Обычно, когда физики осуществляют запутанность между частицами, будь то кубиты, атомы, фотоны, электроны и т. д. - даже в таком случае частицы можно различить. Лишь недавно физики продемонстрировали возможность создания запутанности между частицами, которые полностью идентичны (https://phys.org/news/2017-03-physicists-controversy-identical-particle-entanglement.html). Интересно что запутанность существует за счет неразличимости частиц, без всякого взаимодействия между ними.

В данной работе физики продвинулись на шаг вперед, показывая, что запутанность между одинаковыми частицами может быть использована и потенциально использована для квантовых приложений.

Физики Розарио Ло Франко и Джузеппе Компаньо из Университета Палермо, Италия, опубликовали статью, в которой они показали полезность идентичной запутанности частиц в недавнем выпуске «Physical Review Letters».

Как объясняют физики, для того, чтобы две независимо подготовленные одинаковые частицы были запутаны, они должны обладать некоторой областью в пространстве в непосредственной физической близости - более технически волновые функции частиц должны пространственно перекрываться, по крайней мере частично. Если нет пространственного перекрытия, то нет переплетения — самой запутанности. Если есть частичное пространственное перекрытие, и измерения производятся в области перекрытия, то есть условное переплетение с определенной вероятностью. Только когда волновые функции имеют полное пространственное перекрытие, всегда есть переплетение, хотя количество запутываний зависит как от измерения, так и от формы волновых функций.

Основным результатом нового исследования является то, что физики разработали процедуру прямого извлечения запутанности, которая возникает, когда волновые функции полностью перекрываются, а затем используют эту запутанность в качестве ресурса для различных приложений. Для этого они расширили концепцию ЛОКК (локальные операции и классические коммуникации), которые обычно используются для количественного определения сцепления между различимыми частицами, с неразличимыми. Для этого потребовались определения пространственных операций ЛОКК или сЛОКК, которые позволяют количественно определить задействованную запутанность, содержащуюся в состоянии независимо подготовленных идентичных частиц, и использовать ее, например, для протокола телепортации.

«Наше исследование показывает, что основной механизм перехвата может быть реализован путем простого переноса независимых идентичных частиц на пространственное перекрытие и доступ к запутыванию осуществляется с помощью операций сЛОКК», - сказал Ло Франко в Phys.org.

«Этот оперативный подход - это то, что желательно для экспериментов».

Физики ожидают, что можно будет экспериментально выполнить новую процедуру, используя простые методы.

«Например, простая реализация может быть получена модифицированной фотонной установкой Хэнбери Брауна и Твисса с ортогональными поляризаторами, помещенными перед детектированием», - сказал Compagno.

В будущем этот новый вид переплетения может иметь приложения в областях, от квантовых сетей до экспериментов Белла.

Пояснения к изображениям:

76_1

Объектное запутывание. Две идентичные частицы с противоположными псевдоспинами (внутренними состояниями) имеют пространственные волновые функции ?, ?0 с заданной степенью перекрытия. Переплетения между псевдоспинами определяются локальными измерениями в двух пространственно локализованных областях L и R.

76_2

Одна из основных парадигм. Две идентичные частицы с противоположными псевдоспинами имеют перекрывающиеся пространственные волновые функции ?, ?0, которые достигли пика в двух разделенных локализованных областях L, R. Их псевдоспины рассматриваются локальными измерениями в областях L и R.

76_3

Схема телепортации. Две идентичные частицы с противоположными псевдоспинами имеют одинаковую пространственную волновую функцию ?0, которая достигла максимума в двух разделенных областях L и R. Третья частица, отличающийся от других, помещается в область L', близкую к L, пока ее не отделили и она не получила свой псевдоспин. Прямое применение стандартного протокола телепортации в двух лабораториях зависит от (L', L) и R, позволяют произвести этот условный перенос произвольного состояния из одной лаборатории в другую. Псевдоспин частицы в L', наконец, запутался с псевдоспином одной из двух частиц в L.

Следующие пояснения смотрите в статье 76.

Оригинал статьи прикреплен к записи.

Источник: phys.org

Комментарии: