Áttörést értek el a többfotonos kvantum-összefonódás mérésében

Japán kutatók kísérletileg is igazoltak egy régóta hiányzó módszert a több fotonból álló kvantum-összefonódás egyik fontos formája, a W-állapot azonosítására. Az összefonódott részecskék tulajdonságai nem írhatók le egymástól függetlenül, ezért a teljes rendszert kell vizsgálni. A kvantumtechnológiák fejlesztéséhez azonban nem elég ilyen állapotokat létrehozni: azt is gyorsan és megbízhatóan meg kell állapítani, pontosan milyen összefonódás jött létre.

A hagyományos kvantumtomográfia sok mérésből rekonstruálja a kvantumállapotot, a szükséges adatmennyiség pedig a fotonok számának növekedésével meredeken, exponenciálisan nő. A kutatók ezért egy úgynevezett összefonódott mérést dolgoztak ki, amely elvileg egyetlen mérési eljárással képes felismerni a W-állapotot. A módszer alapja a W-állapot ciklikus eltolási szimmetriája, valamint egy fotonikus kvantumáramkörben végrehajtott kvantum-Fourier-transzformáció.

A Kyoto Egyetem és a Hirosimai Egyetem munkatársai három fotonnal építettek kísérleti eszközt, amely különbséget tudott tenni a háromfotonos W-állapotok különböző típusai között. A nagy stabilitású optikai áramkör hosszabb ideig is működhetett aktív vezérlés nélkül, a kutatók pedig a mérés hűségét, vagyis a helyes eredmény valószínűségét is meghatározták. Shigeki Takeuchi szerint a GHZ-állapotokhoz kidolgozott eljárás több mint 25 évvel ezelőtti javaslata után most a W-állapot mérésére is megszületett a kísérletileg igazolt megoldás. A technika a kvantumteleportációban, a többfotonos kommunikációban és a mérésalapú kvantumszámítástechnikában is hasznos lehet.