Фізики навчилися генерувати пари заплутаних фотонів, використовуючи квантову точку, поміщену у хвилевід на чіпі, що підтвердило порушення нерівності Белла та створення нелокального заплутаного стану. Роботу опубліковано в Nature Physics.
Квантові точки, часто названі штучними атомами, мають два енергетичні рівні. Коли їх опромінюють резонансним світлом, вони випромінюють фотони, а за певних умов навіть поодинокі фотони. Раніше фізики передбачали, що у дворівневій системі можуть виникати кореляції між фотонами, але не було досліджень, що підтверджують придатність цієї системи для нелокального заплутування фотонів.
Група фізиків з Інституту Нільса Бора під керівництвом Пітера Лодаля експериментально показала, що квантова точка, пов’язана з оптичним хвилеводом, може випромінювати пару заплутаних фотонів. Вимірювання кореляцій за допомогою нерівностей Белла підтвердили цей факт.
Квантова точка випромінює фотон, коли перебуває у збудженому стані. Для утворення пари фотонів, вона повинна потрапити на віртуальні рівні, які перетворюють два однакові фотони на два нові заплутані. Це накладає суворі умови на параметри згенерованих фотонів, що робить їх скорельованими за часом та енергією.
Після генерації пара фотонів розділяється і кожен фотон йде в окрему частину схеми. Для перевірки їхніх властивостей використовують інтерферометр Франсона, що порівнює фотони в різних точках простору. Інтерферометр складається з двох плечей, кожне з яких працює як простий інтерферометр Маха-Цандера. Він розділяє фотони, направляючи один довгим шляхом, а інший коротким, після чого зводить їх разом.
Фотони можуть піти чотирма комбінаціями: S-L, S-S, L-L і L-S. Центральний пік на часовій гістограмі відповідає ситуації, коли фотони пройшли однаковими шляхами, а бічні піки відповідають подіям S-L і L-S. Величина центрального піка залежить від різниці фаз у кожному з плечей.
Автори зазначають, що їхній спосіб генерації заплутаних станів є простим і не вимагає складного збудження. Процеси декогеренції не відіграють важливої ролі, а джерело може працювати за малих потужностей накачування і є спектрально яскравим. У майбутніх експериментах фізики планують створювати заплутаність високих порядків і генерувати стани, корисні для квантовооптичних нейронних мереж.