Entrelazamiento, una poderosa forma de correlación entre sistemas cuánticos, es un recurso importante para la computación cuántica. Investigadores del grupo de Optomecánica Cuántica del Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Recientemente enredó dos rayos láser al hacerlos rebotar en el mismo resonador mecánico, una membrana tensada. Esto proporciona una forma novedosa de entrelazar campos electromagnéticos dispares, desde la radiación de microondas hasta los rayos ópticos. En particular, La creación de un entrelazamiento entre campos ópticos y de microondas sería un paso clave para resolver el desafío de larga data de compartir el entrelazamiento entre dos computadoras cuánticas distantes que operan en el régimen de microondas. El resultado ahora se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

En una futura Internet cuántica, ese es el internet de las computadoras cuánticas, el entrelazamiento debe compartirse entre dos computadoras cuánticas distantes. Esto se hace típicamente con enlaces electromagnéticos como fibras ópticas. Ahora, uno de los sistemas cuánticos más avanzados se basa en circuitos superconductores, que funcionan en régimen de microondas. Tan avanzado como es, conectar tales computadoras en redes todavía plantea un gran desafío:las microondas no pueden propagarse lejos sin pérdidas, lo que es perjudicial para las tareas de computación cuántica. Una forma de aliviar este problema es entrelazar primero microondas con campos ópticos, luego usa enlaces ópticos, con una pérdida mucho menor, para comunicaciones de larga distancia. Sin embargo, debido a la gran diferencia de longitudes de onda (milímetros para microondas y micrómetros para luz), esta conversión sigue siendo un desafío.

Los objetos vibran cuando son bombardeados por partículas de luz.

Cuando un campo electromagnético, es decir, un rayo láser, se refleja en un objeto vibrante, puede leer la vibración. Este es un efecto ampliamente utilizado en la detección óptica. Por otra parte, un campo electromagnético se compone de fotones, balas de energía de luz. A medida que la luz rebota en el objeto, los fotones lo bombardean, provocando vibraciones adicionales. Esta vibración adicional se llama retroacción cuántica. La reflexión de dos campos electromagnéticos sobre el mismo objeto mecánico proporciona una interacción efectiva entre los campos. Tal interacción tiene lugar independientemente de la longitud de onda de los dos campos. Luego, esta interacción se puede explotar para crear un entrelazamiento entre los dos campos, independientemente de sus longitudes de onda, p.ej. entre microondas y óptica. Aunque la retroacción cuántica puede ser prominente para objetos tan pequeños como un átomo, solo en los últimos años, Los investigadores han podido fabricar dispositivos mecánicos macroscópicos que son tan sensibles para observar este efecto.

Dispositivo mecánico ultrasensible que media el enredo

En su trabajo ahora informado, Los investigadores del grupo de Optomecánica Cuántica utilizan una membrana delgada, 3x3 mm de ancho, hecho de nitruro de silicio y perforado con un patrón de agujeros que aísla el movimiento de la almohadilla central. Esto hace que el dispositivo sea lo suficientemente sensible como para mostrar retroacción cuántica. Hacen brillar dos láseres en la membrana simultáneamente, donde un láser ve la retroacción cuántica del otro, y viceversa. De este modo, fuertes correlaciones, y de hecho enredo, se genera entre dos láseres. "Se podría decir que los dos láseres 'hablan' a través del movimiento de la membrana, "dice Junxin Chen, que ha estado trabajando en el proyecto durante su doctorado, y es uno de los autores principales del artículo científico.

"El oscilador de membrana funciona como un medio de interacción, porque los láseres no se comunican directamente, los fotones no interactúan entre sí, sólo a través del oscilador ". Junxin Chen dice además, "la interacción entre los fotones y la membrana es independiente de la longitud de onda, permitiendo, en principio, el entrelazamiento óptico de microondas. "Para hacer esto, será necesario más trabajo experimental, en particular el funcionamiento de la membrana a una temperatura cercana al cero absoluto, en el que funcionan las computadoras cuánticas superconductoras en la actualidad. En el Instituto Niels Bohr se están llevando a cabo experimentos en este sentido.