Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han construido un estado mecánico cuántico en el que los colores de tres fotones se entrelazan entre sí. El estado es una combinación especial, llamado estado W, que retiene algo de entrelazamiento incluso si se pierde uno de los tres fotones, lo que lo hace útil para la comunicación cuántica. Estos estados entrelazados también permiten nuevas aplicaciones cuánticas y pruebas de física fundamental.

La singularidad de este trabajo es que los investigadores utilizaron color, o la energía de los fotones, como el entrelazado grado de libertad, mientras que el trabajo anterior utilizó la polarización. La energía de un fotón no se puede cambiar fácilmente, lo que reduce la posibilidad de errores cuando el estado W entrelazado con energía se propaga a una gran distancia. El estado se verificó por primera vez midiendo información sobre los subsistemas de dos fotones. Sus hallazgos se publican en Cartas de revisión física .

"La gente ha creado estados W entrelazados por polarización antes, "señaló Bin Fang, el estudiante de posgrado en el proyecto. "Sin embargo, este es el primer estado W discreto entrelazado con energía y el primer estado entrelazado de tres fotones creado en la fibra óptica ".

Para crear el estado, los investigadores proyectan un láser en una fibra de vidrio. A través de un proceso llamado mezcla espontánea de cuatro ondas, Cuatro fotones láser interactúan con la fibra y se aniquilan para crear dos pares de fotones de diferentes colores (por ejemplo, dos pares de fotones rojos y verdes). Estos cuatro fotones se utilizan para construir el estado W de 3 fotones. Se detecta que uno de ellos es verde, dejando a los otros tres enredados como un estado W, que se compone de todas las posibles iteraciones de dos fotones rojos y un fotón verde a la vez.

La ilustración que utilizan los investigadores es la de los semáforos.

"Como tres semáforos que siempre señalan dos paradas y un avance, los colores de los fotones siempre terminan siendo dos rojos y un verde, pero la combinación específica no se establece hasta que hacemos una medición, una característica de la naturaleza mecánica cuántica de los fotones, "dijo Virginia Lorenz, profesor asociado de física e investigador principal.

En comparación con otros tipos de entrelazamiento de tres partículas, el estado W es útil para la comunicación cuántica en que, si uno de los fotones se pierde, los otros dos conservan algún enredo, lo que significa que la comunicación puede continuar.

"Otro aspecto nuevo de esta investigación es que encontramos un camino para verificar el estado al que apuntamos que evita un paso complicado de conversión de color, ", dijo Lorenz." Nuestros colaboradores teóricos idearon una manera de mostrar de manera bastante directa que existe el estado W ".