Учёные из Киотского и Хиросимского университетов представили первую за более чем 25 лет демонстрацию единой запутанной измерительной схемы для состояний W — одного из ключевых типов многопотонной запутанности. Вплоть до сих пор аналогичная методика была известна для GHZ-состояний, но для W-состояний экспериментально она не показывалась. Новый подход позволяет распознавать тип запутанности без многочисленных измерений и может стать более эффективной альтернативой традиционной томографии квантового состояния. источники 6, 8, 12, 13, 14, 15

Касаясь концепции, авторы опирались на циклическую симметрию W-состояний: перестановку фотонов можно выполнить по повторяющемуся циклу, не нарушив ключевую структуру. Исходя из этой идеи, они предложили схему на фотонной квантовой плате с преобразованием Фурье, которое перераспределяет квантовую информацию и позволяет выявить запутанные признаки, незаметные в обычном измерении. В теории метод может применяться к состояниям W с произвольным числом фотонов. источники 9, 11

Для проверки идеи исследователи построили экспериментальное устройство на три фотона и подали три отдельных фотона с тщательно выбраными поляризациями. Результаты показали распознавание различных видов трёхфотонных W-состояний, каждоe из которых отражает особую квантовую корреляцию между входящими частицами. Также зафиксирована мера точности измерения — fidelity — как вероятность получения корректного результата при вводе чистого W-состояния. источники 12, 13, 14

Авторы отмечают, что данный подход может повлиять на развитие протоколов квантовой телепортации, передачи многопотонных запутанных состояний и новых форм вычислений по методу измерений. По словам ведущего автора Такэути, понимание основ должно ускорять развитие технологий в этой области. источники 15, 16, 19

Дальнейшая программа учёных предусматривает расширение методики за пределы трёхфотонной демонстрации и применение к более крупным многопотонным системам. Планируется создание на чипе фотонных квантовых цепей, способных выполнять запутанные измерения, что сделает технологию компактнее и удобнее для внедрения в будущие квантовые устройства. источники 21, 22