Квантова заплутаність є одним з найбільш дивовижних явищ у квантовій фізиці. Коли елементарні частинки, такі як електрони або фотони, заплутані, вони ділять квантову ідентичність і не можуть бути описані як окремі сутності. Вони існують у суперпозиції без фіксованого стану, поки не буде проведено вимірювання.

Це явище перевищує фізичну відстань, тому заплутане підкидання монети на Землі призведе до миттєвого результату на Марсі. Звісно, ці результати випадкові і не передають інформацію, що знищує надії на зв'язок швидше за світло.

Квантова заплутаність

Проте заплутаність є критично важливою для квантових інформаційних технологій. Фізики з університетів Кіото та Хіросіми зробили важливий крок вперед у цій галузі, визначивши конфігурацію багаточастинних заплутаних станів, починаючи з трьох фотонів.

У своїй статті, опублікованій у Science Advances у вересні 2025 року, фізики представили нову техніку для вимірювання так званих типів заплутаності W. Раніше вчені вимірювали стани Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), які є основними у системах багаточастинної заплутаності.

Після 25 років з моменту початкової пропозиції щодо заплутаних вимірювань для GHZ-станів, фізики нарешті отримали заплутане вимірювання для W-стану з експериментальним підтвердженням для 3-фотонних W-станів.

Але W-стани мають більшу складність і цікаву властивість, яка відрізняє їх від GHZ-станів. У W-станах, якщо ви втрачаєте одну з заплутаних частинок, решта зберігає свою корисну заплутану стан.

Важливо, що заплутаність частинок часто вимірюється за допомогою техніки, відомої як квантова томографія. Вона працює подібно до комп'ютерної томографії, яка розкриває скелетні таємниці наших тіл.

Дослідники змогли обійти проблеми з вимірюванням, використовуючи одноразове вимірювання, яке визначило всю заплутану систему за один крок. Вони зробили це, використовуючи оптичний пристрій дискретного перетворення Фур'є, який діяв як вдосконалений інтерферометр.

Вони ввели три фотони з відомою поляризацією в цей пристрій, який розділив їх по різних шляхах, а потім знову з'єднав, щоб побачити, як піки та западини їх хвильових функцій співпадали.

Це дозволило дослідникам дослідити симетрію циклічного зсуву W-стану, що є чимось на зразок відбитка системи на основі симетрії її квантових властивостей.

Цікавий факт

Заплутаність частинок є основою для розвитку квантових комп'ютерів, які можуть значно перевищити швидкість традиційних комп'ютерів у виконанні певних завдань.