Kvantno isprepletanje bez transporta: propušljivi kubiti nude put oko bučnih kanala

Istraživači su otkrili novu metodu za stvaranje kvantne povezanosti bez potrebe za fizičkim kretanjem kvantnih sustava, što potencijalno nudi rješenje za jedan od najvećih izazova u kvantnom računarstvu, smetnje okoliša tijekom transporta.

U njihovom eksperimentu, dva superprovodljiva kubita su povezana s jednosmjernim valovodom, što im omogućuje interakciju s elektromagnetskim poljima. Primenom vanjskih pokretačkih snaga, tim je izazvao stanje stabilnog stanja u kojem su se kubiti zapetljali. Za razliku od tradicionalnih metoda koje se oslanjaju na kretanje kubita nakon stvaranja zapetljavanja, ovaj pristup održava zapetljano stanje bez potrebe za fizičkim prijevozom. Kao rezultat, zapetljavanje bi teoretski moglo trajati beskonačno, čak i na velikim udaljenostima, što ga čini stabilnijim i manje sklonim pogreškama uzrokovanim šumom okoliša.

Koncept se temelji na ranijim teoretskim predviđanjima koja su sugerirala da bi se zapletenost mogla pojaviti prirodno putem disipacije. Međutim, prethodni modeli zahtijevali su visoko kontrolirana okruženja koja su bila teška za repliciranje u stvarnim uvjetima. Kako bi prevladali ovaj izazov, istraživači su razvili tehniku pod nazivom sintetičko stiskanje, koja omogućuje manipulaciju kvantnim stanjima u laboratorijskom okruženju. Ova inovacija omogućila im je promatranje predviđenog fenomena i potvrditi da se zapletenost doista može dogoditi bez potrebe za aktivnim transportom.

Wolfgang Pfaff, profesor fizike na Sveučilištu u Illinoisu Urbana-Champaign i vodeći istraživač u Illinoisu, naglasio je važnost potpuno izbjegavanja faze transporta. "U prošlosti je stvaranje zapletenosti značilo obavljanje niza operacija na različitim dijelovima sustava i zatim njihovo međusobno transportiranje", rekao je. "Kao što možete zamisliti, upravo u fazi transporta stvari krenu po zlu i šum u okolišu uništi pažljivo pripremljene osobine.

Aashish Clerk, profesor molekularnog inženjerstva na Sveučilištu u Chicagu i vođa dijela suradnje u Chicagu, opisao je mehanizam kao sličan hladnjaku koji održava zapletenost umjesto temperature. "To je gotovo kao da imate 'hladnjak' koji pumpa vanjske utjecaje kako bi održao zapletenost umjesto da pumpa toplinu kako bi održao hladnoću", napomenuo je.

Kako bi kvantni računari i mreže djelotvorno funkcionirali, održavanje zapletenosti između udaljenih komponenti je od ključne važnosti. Trenutne tehnike uključuju pripremu zapletenih čestica na jednom mjestu prije nego što ih prenesu na drugo mjesto, ali ovaj proces izloži čestice dekoherenciji, gubitku kvantne koherencije zbog interakcija s okolišem.

Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review X, što označava ključnu prekretnicu u području kvantne informacijske znanosti. Studija otvara nove mogućnosti za kvantno umrežavanje i distribuirano kvantno računanje. Eliminacijom potrebe za transportom osjetljivih kvantnih stanja, tehnika bi mogla omogućiti skalabilnije i pogrešno tolerantnije kvantne sustave. Istraživači planiraju dalje istraživati praktične primjene ove metode, uključujući njezinu integraciju u postojeće kvantne hardverske platforme. Rezultati sugeriraju da bi buduće kvantne tehnologije mogle imati koristi od iskorištavanja disipacije ne kao prepreke, već kao resursa za održavanje i stvaranje zapletenosti.