Kvantová kouzla s provázáním velkých objektů. Kredit: Niels Bohr Institute.

Kvantové provázání, čili entanglement, jeden z ryzích triků soudobé kvantové alchymie, se dnes prakticky využívá pro kvantovou komunikaci a kvantové senzory. Funguje jako kvantové spojení mezi objekty, díky němuž se tyto objekty chovají jako jediný kvantový objekt. Donedávna se kvantový entanglement týkal jen velmi malých objektů na úrovni částic a atomů. Ale fyzici očividně postrádají respekt před kvantovými jevy a nebojí se je napínat na skřipci, aby z nich vyrvali kvantová tajemství.

V tomto úsilí pokračují i odborníci dánského Niels Bohr Institute při University of Copenhagen. Povedl se ji kvantový majstrštyk, při němž entanglovali dva velice odlišné objekty. Šlo přitom o dva pořádně velké objekty, přinejmenším optikou kvantového světa.

Eugene Polzik. Kredit: Niels Bohr Institute.

Eugene Polzik s kolegy úspěšně kvantově provázali makroskopický mechanický oscilátor, čili vibrující nevodivou membránu milimetrové velikosti, s oblakem asi jedné miliardy atomů v magnetickém poli, z nichž každý funguje jako maličký magnet (spin oscilátor). Entanglement takto rozdílných entit přitom zprostředkovaly fotony. Proč membrána a oblak atomů? Má to co dělat s kvantovými výpočty. Atomy jsou užitečné při zpracování kvantové informace a membrána je zase mechanický kvantový systém. A takové systémy lze využít při ukládání kvantové informace.

University of Copenhagen, logo.

Polzik dává nepokrytě najevo, že jejich cílem je prorážet hranice možného v oblasti kvantového entanglementu. Čím větší jsou podle něj provazované objekty, čím dál od sebe jsou, a čím více se od sebe liší – tím zajímavější kvantové provázání to pak je. Ať už z teoretického nebo praktického hlediska. Jak ukazuje jejich výzkum, je možné kvantově provázat vážně dost rozdílné věci.

Extrémní kvantové provázání Polzikova týmu by se mohlo uplatnit třeba ve kvantových senzorech. Takové senzory totiž podléhají nepatrným fluktuacím (zero-point fluctuations), které ovlivňují měření. Entanglement dovede takové fluktuace do značné míry eliminovat. Těmto fluktuacím čelí i zařízení gravitační observatoře LIGO, která se teď prakticky neustále hřeje na výsluní mediální slávy. Fluktuace vlastně omezují citlivost detekce gravitačních vln na LIGO.

Teoreticky by přitom bylo možné kvantově provázat zrcadla laserového inteferometru LIGO, která trpí fluktuacemi s oblakem atomů. Stejně jako byl kvantově provázaný mechanický oscilátor s oblakem atomů v experimentu Polzikova týmu. Takové provázání by vyrušilo zmíněné kvantové fluktuace a zvýšilo citlivost observatoře LIGO. Polzik s kolegy už na tom experimentálně pracují.

Video: Eugene Polzik - Beyond Quantum Limits: Teleportation and Other Tricks

Literatura

Niels Bohr Institute 28. 9. 2020.

Nature Physics online 21. 9. 2020.