Quantum verstrengeling, een van de meest intrigerende kenmerken van kwantumsystemen met meerdere deeltjes, is een fundamentele bouwsteen geworden in zowel kwantuminformatieverwerking als kwantumberekening. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn, kwantummechanica voorspelt dat meting van het ene deeltje leidt tot een onmiddellijke ineenstorting van de golffunctie van het andere deeltje.

Zo'n "spookachtige actie op afstand" is niet intuïtief, en in 1935, Einstein probeerde verstrengeling te gebruiken om de kwantummechanica te bekritiseren om te suggereren dat de kwantumbeschrijving van de fysieke realiteit onvolledig is. Einstein geloofde dat geen enkele informatie sneller kon reizen dan het licht, en suggereerde dat er misschien lokale theorieën over verborgen variabelen zijn die de wereld op een deterministische manier zouden kunnen verklaren, als en alleen als ze realisme en lokaliteit gehoorzamen. 1964, J.S. Bell toonde aan dat het debat experimenteel kan worden opgelost door een ongelijkheid te testen; door correlaties tussen verstrengelde partijen te meten, het resultaat berekend op basis van lokale theorieën over verborgen variabelen moet worden beperkt door de Bell-ongelijkheid, die, anderzijds, kan worden geschonden in de voorspellingen van de kwantummechanica.

Door de lichtsnelheid drastisch te verminderen, onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology implementeerden een Bell-test en waren in staat om frequentie-bin verstrengelde smalbandige bifotonen te genereren uit spontane vier-golfmenging (SFWM) in koude atomen met een dubbel-padconfiguratie, waarbij het faseverschil tussen de twee ruimtelijke paden onafhankelijk en niet-lokaal kan worden geregeld.

Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift optiek op 15 april 2017.

"We hebben de CHSH Bell-ongelijkheid getest en |S|=2.52±0.48|S|=2.52±0.48 geregistreerd, die in strijd is met de Bell-ongelijkheid |S|≤2, " zei Shengwang Du, hoogleraar natuurkunde aan de HKUST en de leider van het onderzoeksteam. "We hebben ondubbelzinnig het genereren van frequentie-bin verstrengelde smalband (ongeveer 1 MHz) bifotonen aangetoond, die efficiënt kan interageren met stationaire atomaire kwantumknooppunten in een atoom-foton-kwantumnetwerk. Vanwege hun smalle bandbreedte, deze bifotonen kunnen met hoge efficiëntie worden opgeslagen en opgehaald uit een kwantumgeheugen."

"Ons resultaat, Voor de eerste keer, test de Bell-ongelijkheid in een niet-lokale temporele correlatie van frequentie-bin verstrengelde smalbandige bifotonen met tijdsopgeloste detectie, " zei Xianxin Guo, een co-auteur van het artikel. "Dit zal toepassingen hebben in de verwerking van kwantuminformatie met verstrengeling van tijd en frequentie."

De studie onthulde temporele details die goed overeenkomen met theoretische berekeningen op basis van kwantummechanica, en impliceert de mogelijkheid van het coderen en decoderen van qubit-informatie in het tijdsdomein.

"Onze smalband-frequentie-bin verstrengelde biphoton-bron in dit werk kan ideaal worden geïmplementeerd om pure aangekondigde enkele fotonen te produceren in een tweekleurige qubit-staat met een afstembare fase, gebruik maken van verstrengeling, lineaire optica, en tijdsopgeloste detectie, ' zei Guo.