Část rekordního experimentu. Kredit: UNIGE.

Kvantové jevy obvykle považujeme za taková letní kouzla ze zamlženého mikrosvěta. Kvantová teorie přitom předpovídá, že by ve skutečnosti mělo být možné kvantově provázat čili entanglovat a propojit silným kvantovým vztahem ohromné množství atomů, dokonce i na úrovni makrosvěta. Před dvěma lety se povedlo kvantově provázat asi 3 tisícovky atomů, o čemž jsme nadšeně psali i na OSLU.

S pozoruhodným úspěchem nedávno přišli vědci švýcarské Ženevské univerzity (UNIGE), kteří doložili, že se jim kvantově provázalo 16 milionů atomů uvnitř krystalu o velikosti 1 centimetru. Jejich studii nedávno publikoval časopis Nature Communications.

Florian Fröwis. Kredit: UNIGE.

Ve kvantové komunikaci fungují kvantové opakovače (quantum repeaters), tedy prvky kvantové sítě, které přijímají signál a zase ho posílají dál. Kvantové opakovače obsahují krystaly obohacené prvky vzácných zemin, které jsou zmražené na mínus 270 °C, jen pár stupňů nad absolutní nulu. Teorie říká, že když do krystalu kvantového opakovače vlétne foton, tak vznikne kvantové provázání mezi miliardami atomů, které tento foton míjí. Pak kvantový opakovač pošle signál dál.

Kvantově provázat dvě částice není zase tak těžké. Když se například rozdělí foton na dva, tak vznikne pár entanglovaných fotonů. Podle Floriana Fröwise z týmu UNIGE je ale nemožné přímo pozorovat proces kvantového provázání mezi miliony atomů. K tomu by bylo nutné naměřit ohromné množství dat, a pak je pečlivě analyzovat. Což je v současné době nezvladatelné.

Université de Genève.

Fröwis a jeho spolupracovníci proto zvolili rafinovaný, nepřímý postup. Zamysleli se nad tím, jaká měření by mohli provést, a která z nich by byla pro jejich záměr nejvhodnější. Nakonec prostudovali charakteristiky světelného záření, které kvantový opakovač posílá dál. Když pečlivě analyzovali získaná data, tak dospěli k závěru, že z dat vyplývá kvantové provázání 16 milionů atomů v krystalu kvantového opakovače.

Fyzici s oblibou vysvětlují šíleně komplikované jevy na věcech z každodenního života. Kvantové provázání je tak komplikované a nepochopitelné, že hraničí s nefalšovanou magií. Vědci to přirovnávají k fungování páru ponožek. Máte pár ponožek, o nichž víte, že patří k sobě. Jednu z těchto ponožek pořádně prohlédnete a najdete na ní zajímavý červený vzor. Ponožky jsou provázané párem, takže si můžete být prakticky jistí, že na druhé ponožce objevíte na stejném místě stejný vzor. Ponožky z páru jsou korelované. Představte si mnohem silnější a tajemnější korelaci, a máte kvantové provázání.

Literatura
Université de Genève 11. 10. 2017, Nature Communications 8: 907.