Группа Sapienza провела обмен запутанностью между фотонами двух GaAs-квантовых точек, верность 0,71

Исследователи Римского университета Сапиенца под руководством Джузеппе Ронко совместно с Клаусом Йёнсом из Падерборнского университета продемонстрировали фотонный обмен запутанностью (entanglement swapping) на парах фотонов от двух отдельных квантовых точек из арсенида галлия (GaAs), сообщает журнал Science Advances science.orgScience Advancesscience.orgОткрыть источник ↗. Измеренная верность составила 0,71(2), что более чем на 10 стандартных отклонений выше классического предела 0,5. Это лабораторная демонстрация, а не рабочая сеть.

Как работает обмен запутанностью

Обмен запутанностью создаёт запутанность между частицами, которые никогда не взаимодействовали. Каждая квантовая точка независимо от другой излучает собственную запутанную пару фотонов. По одному фотону из каждой пары встречаются на светоделителе, и над ними выполняют измерение в базисе Белла. При подходящем результате два неизмеренных фотона оказываются запутанными, хотя никогда не встречались.

Сложность в том, что разные квантовые точки обычно излучают фотоны с немного различающимися энергиями и свойствами, а для интерференции фотоны должны быть практически неразличимы. Поэтому точки детерминированно встроили в гибридные полупроводниково-пьезоэлектрические устройства и в круговые брэгговские резонаторы, которые собирают излучение и формируют его временной профиль. Пьезоэлектрические элементы меняли механическое напряжение в полупроводнике и подстраивали энергии фотонов друг под друга. Две точки работали в отдельных системах охлаждения, в установку входил оптоволоконный участок длиной 150 метров.

Верность и ограничения

Ранее обмен запутанностью с запутанными фотонами от удалённых систем выполняли только на вероятностных источниках, где скорость генерации пар достигается ценой степени запутанности. Квантовые точки могут излучать запутанные пары по требованию, что снимает этот компромисс science.orgScience Advancesscience.orgОткрыть источник ↗.

Пиковое значение 0,71 получено при учёте только событий в узком временном окне. Без такого отбора в одной из измерительных конфигураций верность составила 0,60 ± 0,01, что тоже выше 0,5. Успешные события происходили лишь несколько раз в секунду, поэтому установка пока не подходит для практической передачи на большие расстояния.

Успех связывания зависит от результата измерения Белла и достигается не в каждой попытке. Для более крупной сети нужны более высокие качество запутанности и частота событий, а также подходящие квантовые запоминающие устройства. По данным авторов, теоретическая модель количественно объясняет результаты и показывает, как улучшить работу протокола. Они заявляют, что работа открывает путь к использованию источников запутанных фотонов на квантовых точках в сетях с квантовыми повторителями.