Квантовые сенсоры неплохо работают и без перепутывания

Огромный потенциал, который ученые усматривают в квантовых вычислениях, во многом основан на явлении перепутывания, при котором физические состояния разных квантовых частиц становятся взаимосвязанными. Но квантовое перепутывание очень легко разрушается и это является главной проблемой при создании практичных систем квантовой обработки информации.

Поэтому нетрудно понять важность серии исследований участников Группы оптических и квантовых коммуникаций Лаборатории электроники Массачусетского технологического института (MIT), в которых они постарались показать, что оптические системы, использующие перепутанный свет, могут превосходить по производительности устройства классической оптики даже в том случае если перепутывание нарушается.

Два года назад они впервые продемонстрировали, что изначально бывшие перепутанными системы могут стать эффективным средством защиты оптических коммуникаций. В новой статье, вышедшей в Physical Review Letters, описывается, как перепутывание способно улучшить функционирование оптических сенсоров, даже если оно исчезает в результате взаимодействия света с окружающей средой.

В демонстрационном эксперименте перепутывались два луча света. Один из них сохраняли локально (в оптоволокне), а другой проецировали во внешнюю среду. Отражаясь обратно он содержал информацию о встреченных объектах, но также нес «шум» — повреждения от внешних воздействий. Рекомбинация отраженного луча с сохраненным позволяла подавить шум и извлечь информацию, благодаря тому, что фазы двух лучей были коррелированы.

Квантовая механика интерпретирует фазу статистически: чем больше фотонов измерено, тем больше вероятность, что лучи либо скоррелированы, либо нет. У перепутанных лучей такая определенность возрастает гораздо быстрее, чем у классических.

Так как перепутанные лучи изначально сильно коррелированы, даже если шум и потери возвращают их в классические границы, они все еще имеют лучшую синхронизацию по фазе, чем классические лучи в аналогичной ситуации.

Достигаемое в результате улучшение отношения сигнала к шуму в экспериментах составило 20%, что находится в хорошем соответствии с теоретическими прогнозами.

Но теория также подсказывает, что улучшение качества экспериментального оборудования позволит увеличить соотношение сигнал/шум вдвое или даже в четыре раза. А поскольку ошибка детектирования как функция этого соотношения уменьшается экспоненциально, данный выигрыш может транслироваться в рост чувствительности в миллионы раз.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI