Физики распознали W-состояния квантовой запутанности

Группа физиков совершила значительный прорыв, решив задачу, которая оставалась открытой более четверти века: они научились распознавать так называемые W-состояния, представляющие собой уникальный вид квантовой запутанности, охватывающий несколько частиц. Это достижение является важным шагом на пути к эффективной квантовой телепортации и усовершенствованным квантовым вычислениям. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances (SA).

Квантовая запутанность — это феномен, при котором частицы оказываются связаны таким образом, что изменение состояния одной мгновенно отражается на другой, вне зависимости от расстояния между ними. Данная концепция играет ключевую роль в квантовых вычислениях и передаче информации. Однако для практического использования запутанности необходимо уметь различать ее различные типы, и именно в этом аспекте W-состояния долго оставались без внимания.

Ученые из Киотского университета и Хиросимского университета разработали фотонную квантовую схему, которая использует уникальную «циклическую» симметрию W-состояний и выполняет квантовое преобразование Фурье. Это новшество позволяет идентифицировать такие состояния без применения «квантовой томографии», которая требует значительного увеличения числа измерений с ростом количества частиц.

Эффективность нового подхода была подтверждена в эксперименте, в котором использовались W-состояния трех фотонов. Один из авторов исследования заявил, что спустя более 25 лет с момента первого теоретического предположения наконец удалось продемонстрировать «запутанное измерение» для W-состояния с реальной экспериментальной проверкой. Это открытие приближает нас к созданию практичных квантовых сетей и компьютеров. Стоит отметить, что работа была опубликована в 2025 году и затрагивает область фундаментальной физики, где путь от научных экспериментов до практического применения обычно бывает долгим.

Квантовая телепортация не является фантастическим перемещением объектов, а представляет собой передачу квантового состояния одной частицы другой на расстоянии, без физического перемещения самой частицы. Это основа для будущих квантовых сетей и защищенной связи. W-состояния особенно ценны, так как обладают высокой устойчивостью: даже если одна частица «выпадает» из системы, запутанность остальных сохраняется, что критически важно для создания надежных квантовых устройств.

Читайте также: