O echipă de cercetători din Japonia a reușit să rezolve o problemă fundamentală din fizica cuantică, studiată de peste 25 de ani. Această descoperire vizează identificarea eficientă a unui tip specific de legătură cuantică între mai mulți fotoni, un proces care anterior era extrem de complex. Rezultatul obținut de specialiști ar putea simplifica numeroase măsurători tehnice și ar putea avea un impact major pe termen lung asupra dezvoltării tehnologiilor de calcul cuantic, comunicații și teleportare cuantică.
În cadrul fizicii cuantice, particulele pot intra într-un proces numit încurcare cuantică, fenomen prin care starea unei particule nu mai poate fi descrisă separat de celelalte. Problema tehnică majoră apărea atunci când oamenii de știință încercau să determine exact ce tip de stare cuantică obțineau într-un sistem format din mai mulți fotoni. Metoda clasică utilizată până în prezent presupunea un număr foarte mare de măsurători, iar volumul de date colectate creștea exponențial pe măsură ce se adăugau noi particule în sistem.
Echipa de cercetători de la Universitatea Kyoto și Universitatea Hiroshima s-a concentrat pe analiza așa-numitei stări W, una dintre formele esențiale de încurcare cuantică între mai mulți fotoni. Deși pentru un alt tip de stare cunoscut, numit stare GHZ, o astfel de măsurătoare fusese deja realizată anterior, pentru starea W lipsea până în acest moment o soluție comparabilă. Cercetătorii au utilizat o proprietate matematică specifică stării W, care permite recunoașterea unui anumit tipar chiar și atunci când ordinea particulelor se schimbă într-un mod repetitiv.
Pe baza acestei proprietăți matematice, echipa a construit un circuit cuantic fotonic special conceput pentru a scoate la iveală diferențele dintre mai multe stări W. Metoda a fost supusă testării experimentale cu trei fotoni, care au fost trimiși printr-un sistem optic foarte stabil. Dispozitivul creat a reușit să distingă între diferite stări cuantice ale celor trei particule, iar cercetătorii au măsurat și nivelul de corectitudine cu care sistemul identifică starea primită.
Această descoperire este considerată crucială deoarece poate reduce semnificativ numărul de măsurători necesare în diverse experimente cuantice. În loc ca întreaga stare să fie reconstruită pas cu pas printr-un volum masiv de date, noua abordare permite identificarea acesteia mult mai direct. O aplicație promițătoare a acestei tehnologii este teleportarea cuantică, unde nu se transportă materia, ci informația despre starea cuantică a unei particule, utilizând încurcarea cuantică dintre mai multe particule.
Fenomenul de încurcare cuantică reprezintă unul dintre pilonii fundamentali ai mecanicii cuantice, oferind baza pentru dezvoltarea computerelor cuantice care pot procesa informații mult mai rapid decât sistemele actuale. Înțelegerea și controlul acestor stări, precum starea W identificată recent, sunt pași esențiali pentru trecerea de la experimentele de laborator la implementarea practică a rețelelor de comunicații cuantice sigure și a sistemelor de calcul avansate.