Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign construíram um estado quântico-mecânico no qual as cores de três fótons estão emaranhadas umas com as outras. O estado é uma combinação especial, chamado de estado W, que retém algum emaranhamento, mesmo se um dos três fótons for perdido, o que o torna útil para a comunicação quântica. Esses estados emaranhados também permitem novas aplicações quânticas e testes de física fundamental.

A singularidade deste trabalho é que os pesquisadores usaram cores, ou a energia dos fótons, como o grau de liberdade emaranhado, enquanto o trabalho anterior usou polarização. A energia de um fóton não pode ser alterada facilmente, o que reduz a possibilidade de erros quando o estado W emaranhado de energia está se propagando por uma longa distância. O estado foi verificado pela primeira vez medindo informações sobre os subsistemas de dois fótons. Suas descobertas são publicadas em Cartas de revisão física .

"As pessoas já criaram estados W emaranhados de polarização antes, "observou Bin Fang, o aluno de pós-graduação no projeto. "Contudo, este é o primeiro estado W emaranhado de energia discreto e o primeiro estado emaranhado de três fótons criado em fibra óptica. "

Para criar o estado, os pesquisadores brilham um laser em uma fibra de vidro. Por meio de um processo chamado mistura espontânea de quatro ondas, quatro fótons de laser interagem com a fibra e são aniquilados para criar dois pares de fótons em cores diferentes (por exemplo, dois pares de fótons vermelhos e verdes). Esses quatro fótons são usados ​​para construir o estado W de 3 fótons. Um deles é detectado como verde, deixando os outros três emaranhados como um estado W, que é composta de todas as iterações possíveis de dois fótons vermelhos e um fóton verde de uma vez.

A ilustração que os pesquisadores usam é a de semáforos.

"Como três semáforos que sempre sinalizam duas paradas e uma partida, as cores dos fótons sempre acabam sendo dois vermelhos e um verde, mas a combinação específica não é definida até que façamos uma medição - uma característica da natureza mecânica quântica dos fótons, "disse Virginia Lorenz, professor associado de física e pesquisador principal.

Em comparação com outros tipos de emaranhamento de três partículas, o estado W é útil para a comunicação quântica, se um dos fótons for perdido, os outros dois retêm algum emaranhamento, o que significa que a comunicação pode continuar.

"Outro novo aspecto desta pesquisa é que encontramos um caminho para verificar o estado que buscamos, que contorna uma etapa complicada de conversão de cores, "disse Lorenz." Nossos colaboradores teóricos descobriram uma maneira de mostrar de maneira bastante direta que o estado W existe. "