Upiorne oddziaływanie pomaga astronomom

Kiedy dwie cząstki są ze sobą kwantowo splątane, wyniki pomiarów jednej z nich są skorelowane z wynikami pomiarów drugiej, nieważne jak daleko od siebie się one znajdują. Może to dotyczyć np. pomiaru spinu – który przyjmuje zawsze jedną z dwóch wartości. Możliwość istnienia takiego zjawiska wynikała z równań mechaniki kwantowej i przez wiele lat była przedmiotem dyskusji (Einstein nazwał je „upiornym oddziaływaniem na odległość”. Eksperymenty potwierdziły jednak, że jest powszechne w przyrodzie. I że można je wykorzystać. W przypadku opisanym właśnie na łamach „Nature” zastosowano je w interferometrii optycznej. Służy ona do pomiarów rozmiaru odległych źródeł światła (np. gwiazd) – ich kształtu i struktury powierzchni.

Używa się w tym celu dwóch oddzielnych kolektorów światła, które zbierają sygnał, a porównanie faz sygnałów pozwala uzyskać wzór interferencyjny. To właśnie w nim kryją się dane o zaobserwowanym źródle. Kiedy jednak jest ono małe i słabe, sygnał składa się z pojedynczych fotonów i rośnie udział szumów.

Aby temu zaradzić, szuka się alternatywnych sposobów rejestrowania sygnałów – i tu na scenę wkraczają cząstki splątane. Autorzy skonstruowali dwuwęzłową sieć kwantową, złożoną z fotonicznych chipów diamentowych zamkniętych w pojemniku w temperaturze 1 K. W każdym chipie znajdował się defekt krystaliczny ze splątanymi spinami elektronu i jądra („niedoskonałość” ta tworzy stabilny układ kwantowy, którego spin można kontrolować i odczytywać). Dzięki temu udało się ograniczyć wpływ szumu i poprawić stosunek sygnału do szumu – interferencję można było bowiem odczytać nie z fizycznego nakładania fal, lecz z korelacji splątanych cząstek.

W tradycyjnej technice obserwacji światło z gwiazd dociera do obu detektorów osobno i trzeba go fizycznie porównać, często przesyłając sygnał między nimi w celu zestawienia jego fazy. W przypadku splątania, detektory już wcześniej przygotowane w stanie wspólnej korelacji kwantowej, więc nie trzeba nic przesyłać i sygnał z gwiazdy jest odczytywany poprzez statystyczne zależności między wynikami pomiarów.

Dzięki opisanej technice można zmniejszyć wpływ części zakłóceń związanych z przesyłem i detekcją bardzo słabego światła, co w przyszłości może umożliwić obserwację jeszcze słabszych i bardziej odległych źródeł kosmicznych. Pomysł użycia splątania w astronomii nie jest nowy, ale brakowało przekonujących pokazów, że może działać w praktyce i rozwiązywać realny problem. Autorzy oczywiście wspominają o ulepszeniach, ale i tak mają powód do dumy.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.