verstrikking, een krachtige vorm van correlatie tussen kwantumsystemen, is een belangrijke bron voor quantum computing. Onderzoekers van de Quantum Optomechanics-groep van het Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen, heeft onlangs twee laserstralen verstrengeld door ze te laten weerkaatsen op dezelfde mechanische resonator, een gespannen membraan. Dit biedt een nieuwe manier om ongelijksoortige elektromagnetische velden te verstrengelen, van microgolfstraling tot optische stralen. Vooral, het creëren van verstrengeling tussen optische en microgolfvelden zou een belangrijke stap zijn in het oplossen van de al lang bestaande uitdaging om verstrengeling te delen tussen twee verre kwantumcomputers die in het microgolfregime werken. Het resultaat is nu gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

In een toekomstig kwantuminternet, dat is het internet van kwantumcomputers, verstrengeling moet worden gedeeld tussen twee verre kwantumcomputers. Dit wordt meestal gedaan met elektromagnetische verbindingen zoals optische vezels. momenteel, een van de meest geavanceerde kwantumsystemen is gebaseerd op supergeleidende circuits, die werken in het magnetronregime. Hoe geavanceerd het ook is, het aansluiten van dergelijke computers in netwerken vormt nog steeds een grote uitdaging:microgolven kunnen zich niet ver voortplanten zonder verlies, wat schadelijk is voor kwantumcomputertaken. Een manier om dit probleem op te lossen, is door microgolven eerst te verstrengelen met optische velden, gebruik dan optische links, met veel minder verlies, voor communicatie op afstand. Echter, vanwege het grote verschil in golflengten (millimeters voor microgolven en micrometers voor licht), deze conversie blijft een uitdaging.

Objecten trillen wanneer ze worden gebombardeerd door lichtdeeltjes

Wanneer een elektromagnetisch veld, d.w.z. een laserstraal, wordt gereflecteerd door een trillend object, het kan de trilling uitlezen. Dit is een veelgebruikt effect bij optische waarneming. Anderzijds, een elektromagnetisch veld bestaat uit fotonen, energiekogels van licht. Als het licht van het object wordt weerkaatst, de fotonen bombarderen het, wat leidt tot extra trillingen. Deze extra trilling wordt kwantumbackaction genoemd. Reflectie van twee elektromagnetische velden op hetzelfde mechanische object zorgt voor een effectieve interactie tussen de velden. Een dergelijke interactie vindt plaats ongeacht de golflengte van de twee velden. Vervolgens, deze interactie kan worden benut om verstrengeling tussen de twee velden te creëren, onafhankelijk van hun golflengten, bijv. tussen magnetron en optiek. Hoewel kwantumbackaction prominent aanwezig kan zijn voor objecten zo klein als een atoom, pas de laatste jaren onderzoekers hebben macroscopische mechanische apparaten kunnen maken die zo gevoelig zijn om dit effect waar te nemen.

Ultragevoelig mechanisch apparaat bemiddelt verstrikking

In hun nu gerapporteerde werk, onderzoekers van de groep Quantum Optomechanics gebruiken een dun membraan, 3x3 mm breed, gemaakt van siliciumnitride en doorboord met een patroon van gaten dat de beweging van het centrale kussen isoleert. Dit maakt het apparaat gevoelig genoeg om kwantumbackaction te vertonen. Ze schijnen twee lasers tegelijk op het membraan, waar de ene laser de kwantumbackactie van de andere ziet, en vice versa. Op deze manier, sterke correlaties, en inderdaad verstrikking, wordt gegenereerd tussen twee lasers. "Je zou kunnen zeggen dat de twee lasers 'praten' door de beweging van het membraan, " zegt Junxin Chen, die tijdens zijn Ph.D. aan het project heeft gewerkt, en is een van de hoofdauteurs van het wetenschappelijke artikel.

"De membraanoscillator functioneert als een interactiemedium, omdat de lasers niet rechtstreeks met elkaar praten - de fotonen hebben zelf geen interactie, alleen via de oscillator." Junxin Chen zegt verder:"de interactie tussen fotonen en het membraan is onafhankelijk van de golflengte, waardoor in principe microgolf-optische verstrengeling mogelijk is." Om dit te doen zal verder experimenteel werk nodig zijn, met name de werking van het membraan bij een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt, waarop supergeleidende kwantumcomputers tegenwoordig werken. In het Niels Bohr Instituut lopen experimenten in deze richting.