将光与声纠缠在一起：固态系统中实现光声纠缠的新方法
学术
2024-11-24 11:35
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量子力学领域充满了令人着迷的现象，它们挑战着我们对现实的理解。其中一个现象是量子纠缠，即粒子之间的状态变得相互关联，无论它们之间的距离多远，一个粒子的状态会即时影响另一个粒子的状态。最近发表在《物理评论快报》的一篇论文，提出了一种新的实验方法，通过在先进的波导上施加光学泵浦脉冲，激发布里渊斯托克过程，从而在布里渊活性固态系统中产生光声纠缠对。量子纠缠自1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出并得到理论预测以来，一直是量子物理学的基石，并在随后的几十年里得到了实验验证。纠缠是许多量子技术的关键资源，包括量子计算、量子密码学和量子通信。光声相互作用则涉及光波和声波之间的耦合。在量子系统中，这些相互作用可以导致光子和声子之间形成纠缠态。研究光声纠缠对于推进我们对混合量子系统的理解至关重要，在这些系统中，不同类型的量子粒子相互作用并形成复杂的纠缠态。连续布里渊活性固态系统是指布里渊散射在介质中持续发生的系统。布里渊散射是光与介质中的密度波动或声波相互作用的过程，结果是光的散射频率发生变化。这种变化源于光子与声子之间的能量交换。在固态系统中，这种相互作用可以被利用来创造光声纠缠。新研究提出了一种创新的生成光声纠缠的方法。研究人员提出了一种通过光学脉冲泵浦固态波导，诱发布里渊散射生成纠缠的光子-声子对的方法。这种方法的独特之处在于，它不需要将声子模式冷却到量子基态，这是传统实验中常见的要求。相反，该系统可以在较高温度下运行，使实验设置更加简便和可行。实验设置包括使用具有强布里渊活性特性的先进固态波导。通过对这些波导施加光学泵浦脉冲，诱发布里渊散射，产生斯托克斯光子和伴随的声子。斯托克斯光子和声子通过这种相互作用形成光声纠缠对。这种设置的一个关键方面是其对热噪声的抗扰性。在传统设置中，热噪声会使量子态退相干，难以维持纠缠。然而，该研究提出的方法展示了对热噪声的强抗性，即使在较高温度下也能维持纠缠。该研究成果对量子技术领域具有深远影响。首先，生成光声纠缠的方法无需极端冷却，简化了实验要求，使其在实际应用中更具可行性。这可能会加速依赖纠缠态进行安全信息传输的量子通信系统的发展。此外，该研究开辟了探索混合量子系统的新途径。通过理解和利用不同类型量子粒子之间的相互作用，研究人员可以开发出更灵活和强大的量子设备。例如，光声纠缠在量子网络中可能发挥重要作用，网络中的不同节点可以利用不同类型的量子粒子进行通信。连续布里渊活性固态系统中的光声纠缠研究代表了量子力学领域的一项重大进展。通过提供一种实用且鲁棒的生成纠缠态的方法，这项研究不仅加深了我们对量子相互作用的理解，还使我们更接近于实现实用的量子技术。随着我们继续在这一令人兴奋的领域中探索和创新，量子纠缠的潜在应用将不断扩大，改变我们未来处理和传输信息的方式。
