3つの不気味なアクション：物理学者が3つの光の粒子を絡ませる

2 つずつ想像するだけでも十分難しいのに、物理学者は 3 つの光子を互いに絡み合わせました。絡み合いは量子物理学の直感に反する現象で、ある粒子が絡み合っている他のすべての粒子に影響を及ぼす (たとえ粒子が遠く離れていても)。たとえば、1 つの粒子がある状態にある場合、他の粒子も同じ状態にある可能性があります。ただし、この場合、光の粒子である各光子は同じ偏光 (水平または垂直) を持っていました。

通常、一度に 2 つの光子だけをエンタングルメントする方が簡単です。このチームを含むいくつかの研究室は、これまでに 3 つ以上の光子をエンタングルメントしています。しかし、この新しい取り組みにより、以前のエンタングルメントよりも安定した 3 重光子が作成されました。この安定性は、エンタングルメントされた光子が実用化に一歩近づいたことを意味します (ただし、まだその段階には遠いです)。研究者は、将来、エンタングルメントされた光子が量子コンピューターや通信技術で機能することを期待しています。

もつれた三重粒子を作るために、カナダ、米国、スウェーデンの研究者たちは、水平と垂直の両方向に偏光した単一の青色光子から始めた。2つの状態を同時に保持できることは量子粒子のもう1つの特性であり、これがコンピューター科学者が量子物理学に興味を持つ理由である。2つの状態を同時に保持できる粒子は、1度に1つの状態しか保持できない機械を備えた従来のコンピューターよりも多くの情報を保持できる可能性がある。

研究チームは、この量子青色光子を結晶に通して、水平または垂直の偏光が一致する、エネルギーの低い赤色のエンタングルメント光子 2 つに変換しました。次に、赤色光子の 1 つを別の結晶に通して、エネルギーの低い赤外線のエンタングルメント光子 2 つに変換しました。赤外線光子は、たまたま残りの赤色光子とエンタングルメントされたままで、3 つのエンタングルメント光子ができました。

さらにテストを重ねると、この 3 重粒子が本当にエンタングルメント状態にあることが実証されましたが、これが正しく機能するのは稀なことです。プロセスの最初のステップで 2 つのエンタングルメント状態にある光子が生成される確率は 10 億分の 1 です。次に、プロセスの 2 番目のステップでエンタングルメント状態にある 3 重粒子が生成される確率は 100 万分の 1 です。

国際チームは今週、ネイチャーフォトニクス誌に自分たちの研究についての論文を発表した。