Уникальность этой работы заключается в том, что исследователи использовали цвет или энергию фотонов как запутывающую степень свободы, в то время как в предыдущей работе использовалась поляризация. Энергию фотона нелегко изменить, что снижает вероятность ошибок, когда запутанное по энергии W-состояние распространяется на большие расстояния.
Состояние было впервые проверено путем измерения информации о двухфотонных подсистемах.
«Люди и раньше создавали запутанные поляризацией W-состояния», – отметил Бин Фанг, аспирант проекта. «Однако это первое дискретное запутанное по энергии W-состояние и первое трехфотонное запутанное состояние, созданное в оптическом волокне."
Чтобы создать состояние, исследователи направляют лазер в стекловолокно. Благодаря процессу, называемому спонтанным четырехволновым смешением, четыре лазерных фотона взаимодействуют с волокном и аннигилируют, создавая две пары фотонов разного цвета (например, две пары красных и зеленых фотонов). Эти четыре фотона используются для построения 3-фотонного W-состояния. Один из них обнаружен как зеленый, а остальные три запутаны как состояние W, которое состоит из всех возможных итераций сразу двух красных фотонов и зеленого фотона.
Исследователи используют иллюстрацию светофора.
«Подобно трем светофорам, которые всегда сигнализируют о двух остановках и движении, цвета фотонов всегда оказываются двумя красными и зелеными, но конкретная комбинация не устанавливается, пока мы не проведем измерение – особенность квантово-механической природы фотонов ", – сказала Вирджиния Лоренц, доцент физики и главный исследователь.
По сравнению с другими типами трехчастичной запутанности, состояние W полезно для квантовой связи в том смысле, что если один из фотонов потерян, два других сохранят некоторую запутанность, что означает, что связь может продолжаться.
«Еще одним новым аспектом этого исследования является то, что мы нашли способ проверки состояния – это тот, к которому мы стремились, который позволяет обойти сложный этап преобразования цвета», – сказал Лоренц. "Наши сотрудники-теоретики придумали способ довольно прямо показать, что состояние W существует."