Мост между мирами: запутывание механических узлов с разными частотами
Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два. Примерно так выглядит проблема, когда нужно связать два механических резонатора, колеблющихся с очень разными частотами. Один дрожит миллион раз в секунду (мегагерцы), другой — миллиард (гигагерцы). Первый хорош для долгого хранения квантовой информации, второй — для быстрой обработки и защиты от теплового шума. Но как передать между ними невидимую квантовую связь, если они «говорят» на совершенно разных скоростях?
Ответ физики нашли в свете. Свет — универсальный переводчик: он может «слушать» медленный резонатор и «нашёптывать» быстрому. В первой схеме лазер охлаждает медленный мегагерцевый резонатор и одновременно запутывает его с частицей света. Это запутанное состояние летит по оптическому волноводу в соседнюю систему, где другой лазер переносит его на быстрый гигагерцевый резонатор. Ключевой момент — тройной резонанс: три волны (свет, звук и ещё один свет) совпадают по частоте и усиливают друг друга, как три голоса, поющие одну ноту.
Во второй схеме маршрут обратный. Короткий лазерный импульс создаёт сжатое состояние между быстрым резонатором и световым импульсом. Этот импульс проходит по волокну, и на другом конце красный лазерный импульс переносит запутанность на медленный резонатор. Расчёты показывают: даже при потерях в оптоволокне до 50% запутанность выживает. При типичных потерях 0,2 дБ/км расстояние между узлами может достигать десятков километров.
Раньше считалось, что связать узлы с частотами, различающимися в сотни раз, невозможно: слишком велик разрыв. Эта работа впервые показывает конкретный механизм переноса запутанности между мегагерцевым и гигагерцевым диапазонами. Теперь можно комбинировать долгоживущие медленные резонаторы для хранения с быстрыми для обработки. Ближайший шаг — проверить схему в лаборатории, а затем на реальном оптоволокне.
Переводчик между двумя скоростями речи найден — это свет, который умеет подстраиваться под обоих собеседников. И совещание, которое раньше казалось безнадёжным, теперь может пройти без потерь смысла.
Механические резонаторы, используемые в таких экспериментах, могут быть размером с человеческий волос, но при этом вести себя как квантовые объекты. Их колебания охлаждают до основного состояния, где тепловое движение почти полностью исчезает.
Идея квантовой сети, объединяющей механические осцилляторы, напоминает «ансибль» из романов Урсулы Ле Гуин — устройство мгновенной связи, основанное на запутанности. Правда, в реальности передача информации всё равно ограничена скоростью света.