Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Предложена схема получения устойчивых суперпозиционных состояний


Исследователи из Стокгольмского университета (Швеция) и Университета Гданьска (Польша) продемонстрировали возможность передачи квантовой информации на значительные расстояния с использованием шести фотонов, находящихся в запутанном состоянии.

Для представления квантовой информации удобно использовать фотон, способный находиться в двух возможных состояниях поляризации (вертикальном и горизонтальном), которые мы обозначим как |B> и |Г>. Такой кубит обеспечит суперпозицию (|Г> + |B>)•2^-1/2; два кубита дадут более сложные суперпозиционные состояния. Одно из них — (|Г>|B> - |B>|Г>)•2^-1/2 — определим как |Ψ->; здесь мы имеем два фотона с горизонтальной и вертикальной поляризацией, но определить, в каком именно состоянии находится конкретный фотон, невозможно.

Для создания такого рода запутанных состояний используется эффект спонтанного параметрического рассеяния — «расщепления» фотона, проходящего сквозь кристалл специально подобранной геометрии, на фотоны с меньшими энергиями. К сожалению, обеспечить существование этих состояний в канале связи оказывается уже не так легко: если фотоны будут передаваться, скажем, по оптоволокну, которое сохраняет поляризацию, «классическая» часть информации останется нетронутой. Однако запутанное состояние, скорее всего, разрушится, поскольку условия распространения фотонов неодинаковы, и требуемое соотношение фаз будет утеряно.

В конце прошлого века ученые показали, что в большинстве случаев можно выделить один тип взаимодействий системы с окружающей средой, который играет основную роль в процессе разрушения суперпозиции (результаты этих исследований изложены в статьях [1] и [2] журнала Physical Review Letters). Следовательно, определенные состояния, свободные от данного типа взаимодействий, оказываются устойчивы. В качестве примера можно рассмотреть опыт, в котором фотоны направляются в оптоволокно с интервалом в несколько наносекунд: с такой быстротой внешние условия никогда не изменятся, поэтому оба фотона будут испытывать пусть и случайное, но одинаковое влияние.

Как показывают несложные расчеты, этим свойством обладает состояние типа |Ψ->: что бы ни происходило с поляризацией фотонов во время их перемещения по оптоволокну, на выходе они все равно окажутся в состоянии |Ψ-> (если, разумеется, воздействие на частицы было одинаковым). Само по себе это утверждение, впрочем, может быть интересно только теоретикам, поскольку для кодирования информации нужны как минимум два состояния. В 2004 году ученые из Германии провели серию экспериментов, в которых было установлено, что создание набора устойчивых состояний требует не менее четырех фотонов.

Авторы рассматриваемой работы увеличили число фотонов до шести, что позволяет закодировать произвольное логическое состояние двух квантовых битов. Используя шесть фотонов, можно не просто обеспечить надежную передачу информации, но и связать между собой две точки с разными «системами отсчета» (если источник сообщения находится в Африке, а приемник — в Австралии, представления о вертикальной и горизонтальной поляризациях у них, скорее всего, серьезно отличаются).

Свои опыты ученые построили по уже упоминавшейся схеме спонтанного параметрического рассеяния. Приборы были настроены таким образом, чтобы вероятность получения трех пар фотонов от одного фемтосекундного лазерного импульса, направляемого на кристалл, оказалась максимальной. В случае образования шести фотонов они разбивались на тройки в соответствии с направлениями вылета (см. рис. выше), а затем тройки с помощью светоделителей расщеплялись на отдельные фотоны. После этого фотоны попадали на поляризационные светоделительные элементы, пропускающие только излучение с горизонтальной поляризацией, за которыми были установлены фотоприемники на лавинных фотодиодах. Анализируя статистику регистрации частиц детекторами, исследователи подтверждали получение необходимого состояния.

Защищенность состояний проверялась путем изменения поляризации всех фотонов с помощью волновых пластинок (на рисунке обозначены буквами «U»). Поскольку на статистику регистрации это не повлияло, ученые сделали вывод о «надежности» суперпозиции.

Практического значения устройство — это признают сами авторы — не имеет. Дело в том, что весь эксперимент построен на случайном процессе: невозможно предугадать, сколько пар фотонов будет получено в каждом конкретном случае, и даже при создании трех пар нельзя утверждать, что на каждый поляризационный светоделительный элемент попадет по одному фотону.


"портал «Компьютерра–Онлайн»"
Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика