Впервые, физики в Институте Кванта, Вычисляя (IQC) в Университете Уотерлу продемонстрировали распределение трех запутанных фотонов в трех различных местах (Элис, Боб и Чарли) несколько сотен метров обособленно, доказав квантовую неместность больше чем для двух запутанных фотонов.Результаты эксперимента, Экспериментальной Квантовой Неместности С тремя частицами при Строгих Условиях Местности, изданы по своей природе Фотоника сегодня.
После того, как описанный Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии», эта запутанность с тремя фотонами приводит к интересным возможностям для многопартийной квантовой коммуникации.Нонлокэлити описывает способность частиц мгновенно знать о государстве друг друга, даже когда отделено большими расстояниями. В квантовом мире это означает, что могло бы быть возможно передать информацию мгновенно – быстрее, чем скорость света.
Это нарушает то, что Эйнштейн назвал «принципом местного действия», правило, что отдаленные объекты не могут иметь непосредственного влияния друг на друга, и что на объект непосредственно влияет только его непосредственная среда.Чтобы действительно проверить, что скрытые местные переменные не ответственны за корреляцию между этими тремя фотонами, ученым IQC был нужен эксперимент, чтобы закрыть то, что известно как лазейка местности.
Они достигли этого разделения запутанных фотонов способом, которые не допускали сигнал скоординировать поведение фотонов, но излучение запутанные фотоны к трейлерам, припаркованным в областях в нескольких сотнях метров от их лаборатории.«Корреляции, измеренные от квантовых систем, могут сказать нам много о природе на самом фундаментальном уровне», сказал, создают в соавторстве профессора Кевина Реша, Канадский Стул Исследования в Optical Quantum Technologies и недавнем победителе E.W.R. Товарищество Steacie от Естественных наук и Технический Научный совет Канады (NSERC). «Запутанность с тремя частицами более сложна, чем та из пар.
Мы можем эксплуатировать сложное поведение исключить определенные описания природы или как ресурс для новых квантовых технологий».Проектная группа изучила корреляции трех фотонов в государстве Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) – тип запутанного квантового состояния, включающего по крайней мере три частицы.Во-первых, тройки фотона были произведены в лаборатории Реша – Элис в эксперименте.
Затем первый фотон был отложен в оптоволокне на 580 м в лаборатории, в то время как два других фотона переместились выше на 85 м оптоволокна к крыше, куда их послали через два телескопа. Оба фотона тогда послали в два трейлера, Боба и Чарли, приблизительно на расстоянии в 700 м от источника и друг от друга.Чтобы поддержать пространственноподобное отдельное в эксперименте, четвертой стороне, Рэнди, расположенный в третьем трейлере беспорядочно, выбрал каждое из измерений, которые Элис должна была выполнить на своих фотонах в лаборатории.Каждый трейлер содержал датчики, помечающие время устройства, разработанные компанией ответвления IQC Universal Quantum Devices (UQD) и квантовыми генераторами случайных чисел.
Гарантировать лазейку местности было закрыто, генераторы случайных чисел определили, как фотон в каждом трейлере будет измерен независимо. Устройства маркировки времени UQD также гарантировали, что измерения произошли в очень маленьком окне времени (три наносекунды), означая, что никакая информация не могла возможно быть передана от одного местоположения до другого в период измерения – критическое состояние доказать неместность запутанности.«Идея запутать три фотона была вокруг в течение долгого времени», сказал профессор Томас Дженньюейн, соавтор бумаги. «Это взяло правильных людей с правильным знанием, чтобы объединиться, чтобы заставить эксперимент произойти в короткое время, которое это сделало. У IQC было правильное соединение в нужное время».
Эксперимент продемонстрировал распределение трех запутанных частиц, которые могут в конечном счете использоваться, чтобы сделать больше, чем попарная коммуникация, куда только одна сторона может общаться с другим. Это открывает возможность для многосторонних квантовых протоколов связи, включая Quantum Key Distribution (QKD), третью криптографию человека и квантовое разделение тайны.
«Интересный результат состоит в том, что у нас теперь есть способность сделать больше, чем соединенная квантовая коммуникация», сказал ведущий автор газеты Крис Эрвен, бывший студент доктора философии IQC, который является теперь научным сотрудником в Бристольском университете. «QKD, до сих пор, был попарной системой – подразумевать, что он работает лучше всего и с меньшим количеством предположений, когда Вы только говорите с еще одним человеком. Это – первый эксперимент, где Вы можете теперь вообразить сеть людей связанной, по-разному используя корреляции между тремя или больше фотонами».Команда от Института Квантового Вычисления и Отдела Физики и Астрономии в Отделении естественных наук в Университете Уотерлу включала студентов Криса Эрвена, Эвана Мейера-Скотта, Кента Фишера, Джонатана Лавуа, Кристофера Пью, Жан-Поля Бургуана, Лору Ричардс, Николая Гигова, постдокторанта Брендона Хиггинса, профессора Дженньюейна, профессора Реша и Рэймонда Лэфлэймма, исполнительного директора IQC.
Проектная группа также включала бывших постдокторантов IQC Роберта Преведеля, теперь в Лабораториях Макса Ф. Перуца (MFPL) и Институте Молекулярной Патологии (IMP); Чжичжун Янь, теперь в Университете Macquarie; Кристер Шэлм теперь в Национальном институте стандартов и технологий (NIST); и бывший преподаватель Грегор Вейхс, теперь в мехе Institut Experimentalphysik в Университете Инсбрука.