В Кларендонской лаборатории Оксфордского университета было реализовано запутанное состояние для двух алмазных образцов миллиметровых размеров.

Как известно, при работе с механическим движением макроскопических систем созданию суперпозиций и квантовому запутыванию препятствует взаимодействие образцов с окружающей средой. Даже очень слабое воздействие окружения быстро превращает суперпозицию в одно из устойчивых состояний: происходит декогеренция , и система приобретает привычные классические черты. Чтобы избежать этого, опыты проводят в чётко контролируемых условиях при сверхнизкой температуре; совсем недавно мы, к примеру, рассказывали о том, как лазерное охлаждение помогло перевести механический осциллятор довольно сложной конструкции в основное квантовое состояние.

Новые эксперименты, напротив, выполнялись при комнатной температуре с использованием «обычных» квадратных алмазных пластинок размером 3×3 мм и толщиной в 0,25 мм. В таких условиях квантовые эффекты можно наблюдать только на очень коротких временных промежутках длительностью в несколько пикосекунд.

Памятуя об этих ограничениях, авторы выбрали опытную схему, в которой лазерные импульсы, падающие на образцы, имели длительность на уровне половины амплитуды в 60 фс и следовали друг за другом с интервалом всего в 350 фс. Первый импульс из пары, взаимодействуя с алмазом, создавал фонон (возбуждение, отвечающее согласованным колебаниям множества атомов кристалла) за счёт спонтанного рамановского рассеяния. Этот процесс сопровождался испусканием фотона с несколько сниженной энергией (увеличенной длиной волны).

Импульсы, падающие на алмазы, отмечены зелёным, а фотоны, которые служат индикаторами запутанного состояния, — красным и синим. (Иллюстрация Science / AAAS.)

Перед алмазами, разнесёнными на 15 см, физики поместили светоделитель, за одним из выходов которого была установлена полуволновая пластинка. Фотоны со смещённой в красную сторону длиной волны, рождающиеся после возбуждения фонона, также попадали на поляризационный светоделитель, полуволновую пластинку и второй светоделительный элемент, а затем регистрировались детектором.

Обнаружение «красного» фотона свидетельствовало о создании искомого запутанного состояния двух кристаллов, содержащих одно фононное возбуждение, которое, так сказать, распределялось между ними. Для проверки этих данных использовался второй импульс из пары, отстававший на 350 фс: с его приходом фонон с некоторой (небольшой) вероятностью конвертировался в фотон с длиной волны, смещённой в синюю область. Повторив эксперимент огромное (1,9•10¹⁴) число раз и отмечая запутывание «красного» и «синего» квантов света, учёные убедились в том, что фононные моды алмазов иногда оказывались в сцепленном состоянии.

На практике такая схема, вероятно, применяться не будет. «Использовать запутанное состояние, время жизни которого измеряется единицами пикосекунд, практически невозможно», — комментирует сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Эндрю Клелэнд (Andrew Cleland), также изучавший квантовое поведение системы макроскопических размеров.