Новый удивительный трюк с запоминанием квантового состояния одного-единственного фотона сразу в двух местах удалось проделать физикам из Калифорнийского технологического института. Такая квантовая память может пригодиться для защищенных каналов передачи информации и оптических реализаций квантовых вычислителей.

Авторы интерпретируют свое устройство как память для "запутанных" квантовых состояний. Она действительно была бы очень полезна, поскольку запутанные состояния частиц, в которых манипуляции с одной частицей немедленно сказываются на другой, где бы та ни находилась, являются основой квантовых вычислений. Именно запутанность квантовых состояний позволяет сразу распараллелить вычисления, что и обещает пока гипотетическим квантовым компьютерам небывалую мощь

Как правило, под запутанными понимаются состояния двух или большего количества различных частиц. Тут же только один фотон, который полупрозрачным зеркалом посылается сразу по двум путям интерферометра. Квантовые частицы, как известно, умеют находиться с определенной вероятностью одновременно в нескольких местах. Такую ситуацию можно интерпретировать как запутанность фотона с самим собой, поскольку регистрация его в одном из "плеч" разрушит интерференцию и сообщит наблюдателю, что в другом "плече" его точно нет. Но все же подобный способ не совсем то, что требуется для большинства квантовых вычислений, хотя можно и простить авторам их лукавство.

В экспериментах используется разработанная несколько лет назад техника замедления и запоминания света в облаке холодных атомов цезия. Для этого облако подсвечивается дополнительным лазером, после выключения которого квантовое состояние замедленного фотона как в голограмме "запоминается" в квантовых состояниях атомов газа. Если вспомогательный лазер снова включить спустя заданный промежуток времени, то "замороженный" в атомах фотон вновь сможет покинуть облако.

Приблизительно то же самое было проделано и на сей раз, только фотон пролетал в облаке сразу по двум путям интерферометра, которые отстояли друг от друга на расстоянии нескольких миллиметров. Впрочем, если бы использовали не одно, а два облака, разнесенных на приличное расстояние, ничего бы принципиально не изменилось. После того как включался вспомогательный лазер и запомненный сразу в двух местах фотон покидал облако и попадал в смеситель, ученые, внося фазовый сдвиг в один из путей, благополучно наблюдали квантовую интерференцию фотона с самим собой. А это значит, что его нежное квантовое состояние удалось сохранить сразу в двух разных местах в течение нескольких микросекунд.

Теперь в планах ученых попробовать поработать с еще более холодным газом, доведенным до состояния квантового конденсата Бозе-Эйнштейна, чтобы убедиться, что и в двух облаках эффект сохраняется.