Levitirajuća staklena nanokuglica kvantno se spregnula sa svjetlom na sobnoj temperaturi

Kvantno sprezanje više nije rezervirano samo za sustave na ekstremno niskim temperaturama. Fizičari su pokazali da se gibanje sitne silicijeve nanokuglice može povezati s optičkim poljem u laboratoriju čija je okolina bila na sobnoj temperaturi. Rezultat je važan, ali ne znači da je cijeli sustav pretvoren u praktično kvantno računalo.

Eksperiment su proveli istraživači predvođeni timom sa Sveučilišta u Firenci. U središtu postava bila je staklena kuglica promjera približno 100 nanometara, zarobljena u optičkoj pinceti unutar optičke šupljine. Znanstvenike nije zanimalo ponašanje pojedinačnih atoma, nego gibanje cijele kuglice kao mehaničkog sustava.

Dva laserska polja imala su različite uloge. Jedno je hladilo i stabiliziralo gibanje kuglice, dok je drugo stvaralo interakciju između mehaničkog gibanja i svjetla. Postav je radio u ultra-visokom vakuumu, pri tlaku od približno 3,5 puta 10 na minus osmu milibara. Takvi uvjeti smanjuju utjecaj sudara s molekulama zraka i omogućuju preciznije mjerenje.

Istraživači su potom heterodinskom detekcijom pratili položaj i impuls nanokuglice te svojstva izlaznog svjetla. Analiza je pokazala korelacije koje se ne mogu objasniti običnom klasičnom vezom između dvaju sustava. Najmanji simplektički svojstveni broj izmjeren je na 0,931 plus-minus 0,015, a vrijednost ispod jedan u korištenoj normalizaciji označava kvantno sprezanje. Izmjerena logaritamska negativnost bila je 0,10 plus-minus 0,03.

Posebno je zanimljivo što se korelacija mogla očitati u putujućem svjetlu koje napušta interakcijsko područje. To načelno znači da bi se informacija o kvantnom stanju mogla mjeriti na drugom mjestu, bez potrebe da detektor bude unutar same optičke šupljine.

Treba ipak jasno razlikovati laboratorijski dokaz principa od gotove tehnologije. Nanokuglica nije kvantni komunikacijski uređaj, a sprezanje je osjetljivo na gubitke, buku i učinkovitost detekcije. Sobna temperatura odnosi se na okoliš laboratorija; samo gibanje kuglice optički je hlađeno na znatno nižu efektivnu temperaturu.

Studija objavljena u časopisu Science pokazuje da se kvantni učinci mogu kontrolirano povezati s većim mehaničkim objektom i svjetlom koje izlazi iz sustava. Takvi rezultati mogli bi biti korisni za razvoj preciznih senzora, optomehanike i budućih sučelja između različitih kvantnih platformi.