In recente jaren, nanogefabriceerde mechanische oscillatoren zijn naar voren gekomen als een veelbelovend platform voor toepassingen van kwantuminformatie. Kwantumverstrengeling van geconstrueerde optomechanische resonatoren zou een overtuigende route bieden naar schaalbare kwantumnetwerken. Onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Wenen hebben deze verstrengeling nu waargenomen en rapporteren hun bevindingen in de editie van deze week van Natuur .

Trillingen gedragen zich als golven, maar de kwantummechanica voorspelt ook dat golfbeweging bestaat uit kleine discrete pakketjes energie die fononen worden genoemd. In september 2017, het team van onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Wenen demonstreerde een nieuw niveau van kwantumcontrole over deze trillingen met behulp van laserpulsen. Ze creëerden individuele fonon-excitaties en bevestigden hun fundamentele deeltjesaspect. De creatie en verificatie van deze enkele fononen was een belangrijke stap in de richting van volledige optische kwantumcontrole van mechanische beweging.

Nutsvoorzieningen, ze hebben een belangrijke volgende stap gezet door verstrengeling te creëren tussen twee van dergelijke micromechanische resonatoren die worden gemedieerd door 'telecom'-fotonen. Verstrengeling staat bekend als de "spookachtige actie op afstand" tussen twee objecten die alleen kan worden beschreven met de kwantumtheorie.

"Verstrengeling is een cruciale hulpbron voor kwantumcommunicatienetwerken, ", zegt prof. Simon Gröblacher van het Kavli Institute of Nanoscience aan de TU Delft. "Bijzonder belangrijk is het vermogen om verstrengeling tussen verre kwantumgeheugens te verspreiden. Eerdere realisaties maakten gebruik van systemen zoals atomen ingebed in holtes, maar hier, introduceren we een puur nano-gefabriceerd solid-state platform in de vorm van op chips gebaseerde microresonatoren - kleine siliciumstralen die tegelijkertijd licht en trillingen beperken. Door de controle van enkele mechanische quanta uit te breiden naar meerdere apparaten, we demonstreren verstrengeling tussen dergelijke micromechanische apparaten op twee chips die 20 cm van elkaar verwijderd zijn."

De gebruikte apparaten bestaan ​​uit micrometergrote siliciumbundels. Ze hebben een zodanig patroon dat hun trillingen kunnen worden 'geschreven' op laserpulsen die erdoorheen gaan en vice versa. De trillende bundels bestaan ​​elk uit 8 miljard atomen, zijn zo groot als een cel, en is daarom goed te zien met een vergrootglas of microscoop.

"Nanomachined optomechanische apparaten zijn een veelbelovend platform voor geïntegreerde kwantuminformatieverwerking met fononen, als de parameters van het systeem, zoals optische conversiegolflengte en kwantumgeheugentijden, kan vrij worden aangepast door het ontwerp. Bijvoorbeeld, we hebben bewust gekozen voor de optische golflengte van het apparaat in de telecommunicatieband, die doorgaans wordt gebruikt bij de distributie van internet met hoge bandbreedte. Daarbij, we laten zien dat kwantumnetwerken kunnen worden gebouwd met behulp van conventionele glasvezel in combinatie met onze apparaten, " zegt dr. Sungkun Hong van de Universiteit van Wenen.

Een ander belangrijk voordeel is dat hun apparaten samen met andere solid-state kwantumsystemen op een chip kunnen worden geïntegreerd. De auteurs, bijvoorbeeld, verwachten dat hun apparaten mogelijk kunnen worden gekoppeld aan supergeleidende kwantumcircuits en kunnen worden gebruikt als kwantum-"ethernetpoorten" die kwantuminformatie tussen de circuits en optische signalen overbrengen.

"De volgende stap zal zijn om een ​​netwerk te bouwen dat uit meer bundels bestaat en over honderden meters werkt, misschien zelfs enkele kilometers, brengt ons dichter bij het realiseren van een systeem dan kan worden gebruikt voor echte kwantumtoepassingen, " zegt prof. Gröblacher. "We zien geen fundamentele belemmeringen om deze stappen de komende jaren te zetten."