Одним із наріжних каменів квантової фізики можна назвати постулат про те, що ви не можете виміряти параметри об'єкта без того, щоб не вплинути на нього при такій операції. «Обхідні маневри», які дозволяють хоч частково уникнути такого впливу, зрозуміло, є, і вони застосовуються. Однак тепер вчені відшукали принципово новий шлях виявлення одиночних фотонів без внесення яких би то не було змін в переноситься ними інформацію.
Зазвичай, щоб зареєструвати один фотон, його «ловлять» сенсором, який поглинає його енергію, але знищує при цьому саму частку. На щастя, так зване слабке вимір, деталі якого вам вже відомі, дозволяє витягти з частки тільки частина переноситься нею інформації, уникаючи при цьому її повного знищення.
Так як же побачити фотон, що не поглинаючи його? (Ілюстрація MPQ, Quantum Dynamics Division.)
Це багатообіцяючий підхід, але якщо ми збираємося створювати квантові мережі, що використовують квантову ж криптографію, то буде потрібно переносити фотони навіть без слабкого впливу на них. Будь-яке зовнішнє обурення змусить звичайний квантовий біт стати або «1», або «0», і тоді кубіт припинить своє квантове існування.
Для цього вчені використовували оптичний резонатор з двох дзеркал, розташованих на відстані полумілліметра і дивляться один на одного. Фотони зі специфічною «резонансної» енергією, відповідної відстані між дзеркалами, при попаданні в такий резонатор будуть утримуватися в ньому. Усередині резонатора розміщувався атом, що знаходиться в суперпозиції двох станів, одне з яких було резонансним по відношенню до даного резонатора. Зрозуміло, в цьому стані атом не дозволяв фотонам з тієї ж резонансної енергією проникати в порожнину між дзеркалами.
Потім по резонатору «вистрілювали» фотоном, після чого атом з «роздвоєнням особистості» (в суперпозиції) приводив до реалізації відразу двох одночасних подій. По-перше, в одній з «паралельних всесвітів» (тобто його станів) фотон не ввійшов в резонатор, тому що атом в тому стані мав резонансної енергією, яка не дозволяла зробити це. Фотон просто «відскочив» від поверхні одного з дзеркал. У другій «паралельному всесвіті» (другому суперпозіціонного стані) атом дозволив фотону увійти в резонатор, де фотон відбився від одного дзеркала до іншого і покинув порожнину так само, як зайшов в неї.
Загальна квантовий стан фотона залишилося тим же, а ось стан атома, навпаки, було змінено. Зрушення між його пов'язаним і непов'язаним станами змінився на 180 °. З огляду на це, фізики змогли зареєструвати проходження фотона, буквально «бачачи» його без факту впливу.
Подібне вже робилося, але цей «трюк» вдавався тільки в відношенні мікрохвиль, застосування яких для квантових мереж утруднено з практичної точки зору. Тепер же на цій основі цілком можна чекати створення квантового репитера - вельми важливого елемента мережі майбутнього «Квантернета».
Підготовлено за матеріалами Nature News.