12 сентября 2025 года группа учёных из Киотского и Хиросимского университетов добились того, что долгое время казалось невозможным

12 сентября 2025 года группа учёных из Киотского и Хиросимского университетов добились того, что долгое время казалось невозможным. Впервые им удалось экспериментально определить загадочное W-состояние - особую форму квантовой запутанности, о которой физики спорили

десятилетиями.

W-состояние - это одно из возможных состояний запутанности нескольких частиц, где они настолько сильно взаимосвязаны, что невозможно описать ни одну из них по отдельности, а совместное состояние невозможно представить как простую сумму их индивидуальных состояний.

А теперь обо всём по порядку.

Как мы понимаем, современные технологии движутся по пути развития квантовых устройств и как следствие, к созданию квантовой сети.

На пути к этой цели учёным удалось сначала получить из единого источника квантово-запутанные пары фотонов (бифотоны), которые и стали основой новых технологий (этой теме был посвящён отдельный пост https://vk.com/wall-92735838_2061).

Спустя некоторое время выяснилось, что для создания масштабной устойчивой квантовой системы необходимы более сложные многофотонные запутанные связи. Однако, данный процесс оказался весьма сложен для реализации как с теоретической точки зрения, так и с практической.

Но японским физикам всё-таки удалось разработать метод анализа редкого квантового W-состояния для трёх фотонов.

В чём же заключается суть нового открытия?

Существует два фундаментальных многофотонных квантовых состояния: первое называется состоянием Гринбергера-Хорна-Цейлингера (GHZ), а второе - W-состоянием.

В первом случае, исчезновение, повреждение либо потеря одного из фотонов разрушает квантовое состояние для всех остальных. Переданная и накопленная информация также утрачивается.

Во втором случае, каждая частица связана не только со всеми остальными частицами по отдельности, но и со всей системой в целом. Таким образом, при потере либо исчезновении одного фотона, квантовая запутанность всё равно сохраняется вместе с информацией.

Кроме того, W-состояния более устойчивы к потере когерентности (согласованности) и к воздействию окружающей среды, чем GHZ-состояния. Потому W-состояние считается уникальным, загадочным и приоритетным в реализации.

Как можно заметить, квантовая сеть формируется учёными постепенно: сначала был единый источник, из которого получили два квантово-запутанных фотона, теперь пытаются создать три запутанных фотона в особом W-состоянии. И это весьма непросто.

Дело в том, что при W-состояниях один из трёх квантово-запутанных фотонов должен отличаться от двух других. Например, два красных и один белый, или у них должны отличаться состояния 1-0-1. Но действовать при этом они будут как единое целое. Такое положение позволяет трём квантово-запутанным фотонам находиться в суперпозиции, то есть быть одновременно в нескольких измерениях.

Учёным удалось решить такую непростую задачу, благодаря своим наблюдениям. Они обратили внимание на то, что W-состояние обладает круговой циклической симметрией. И если поменять фотоны местами по кругу в запутанном измерении, то результат не изменится.

Сложность в создании квантовой запутанности трёх фотонов в W-состоянии заключалась в том, что идеальная модель по расчётам учёных при реализации в жизнь искажалась и начинала отличаться от полученного экспериментального результата. Ожидания и реальность не совпадали.

Учёные выяснили основные причины ошибок:

1) недостаточная подготовка состояния;

2) несовершенства в построенном запутанном измерении;

3) одновременная генерация более трёх пар фотонов;

4) неполная неразличимость отдельных фотонов из-за пространственно-временного рассогласования;

5) временные искажения импульсов возбуждения различных кристаллов.

То есть, для того, чтобы перейти от двух квантово-запутанных частиц к трём, необходимо хорошенько подготовиться, чтобы созданная новая связь была устойчивой, стабильной и нерушимой. Переход из одного состояния в другое, из одного измерения в другое, требует некоторого времени.

Только в этом случае есть все шансы, что всё сложится хорошо, и в будущем учёным удастся масштабировать метод запутанного измерения от трёх на десятки фотонов. Это может привести к появлению реальных квантовых сетей, где информация будет передаваться мгновенно и без искажений, а квантовые устройства смогут выполнять сложные задачи, используя измерительные вычисления. Будущее квантовой связи и криптографии изменится радикально.

Кстати, по поводу криптографии. Недавно в этой сфере учёные провели мысленный эксперимент, но уже не с двумя равноправными участниками, а с тремя: А - Alice (Алиса), B - Bob (Боб), C - Charlie (Чарли). Учёные рассмотрели, каким образом в данном случае может происходить взаимодействие участников и передача информации. Но об этом мы поговорим чуть позже)

Ссылка на источники:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx4180

https://www.securitylab.ru/news/563456.php

https://www.newsinfo.ru/news/quantum-entanglement/923522/

https://rutab.net/b/novosti-nauka/2025/09/12/uchenye-vpervye-izmerili-kvantovoe-sostoyanie-w-s-pomoschyu-zaputannyh-fotonov.html

Источник: rutab.net

Комментарии: