Ученые в 600 раз увеличили время жизни квантовой запутанности с помощью «темного состояния»
Коллектив ученых из Южной Кореи впервые в мире экспериментально достиг квантовой запутанности в «темном состоянии» — явления, которое до настоящего момента существовало лишь в теоретических моделях. Это достижение открывает новые перспективы для создания практических квантовых технологий, в частности, для хранения квантовой информации.
Исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) под руководством профессора Чже Хёна Кима, совместно с коллегами из Корейского исследовательского института стандартов и науки (KRISS) и Корейского института науки и технологий (KIST), смогли преодолеть ключевое препятствие на пути коммерческого применения квантовых систем — их крайнюю уязвимость к внешним помехам. В отличие от хорошо изученных «ярких» состояний запутанности, «темные» состояния практически невидимы для излучаемого света, что обеспечивает им гораздо более высокую устойчивость и, как следствие, значительно большее время жизни.
Ключом к успеху стало использование нанополости, или оптического микрорезонатора, с точно калиброванным уровнем потерь. Балансируя между диссипацией (рассеиванием) энергии в полости и силой связи между квантовыми точками, ученые смогли добиться формирования коллективного запутанного состояния, устойчивого к внешним воздействиям. Как пояснил ведущий автор работы доктор Кю Юн Ким, при слишком высоких потерях квантовые точки ведут себя независимо, а при достаточно сильной связи между ними образуется именно то самое защищенное состояние.
Эксперимент показал впечатляющие результаты: если время жизни стандартной «яркой» запутанности составляет около 62 пикосекунд, то созданное учеными «темное» состояние сохранялось до 36 наносекунд. Это превышение в 600 раз. Важным доказательством успеха стало также наблюдение неклассического bunching-эффекта (группирования) фотонов — явления, которое служит прямым подтверждением наличия запутанности в темном состоянии. Несмотря на то, что такое состояние в целом подавляет излучение фотонов, в специально созданных условиях запутанные квантовые точки могут испускать их одновременно.
Данное достижение, подробно описанное в статье, опубликованной 9 июля 2025 года в журнале , демонстрирует, что путем тщательного инженерного управления потерями можно сохранять квантовые корреляции в течение длительного времени. Это открывает принципиально новые возможности для квантовой памяти, высокоточных сенсоров и технологий сбора энергии, основанных на квантовых принципах.