L'intreccio quantistico senza trasporto: i qubit con perdite offrono un percorso intorno ai canali rumorosi

I ricercatori hanno scoperto un nuovo metodo per creare l'entanglement quantistico senza richiedere il movimento fisico dei sistemi quantistici, offrendo potenzialmente una soluzione a una delle più grandi sfide nel calcolo quantistico, l'interferenza ambientale durante il trasporto.

Nel loro esperimento, due qubit superconduttori sono stati collegati a una guida d'onda unidirezionale, consentendo loro di interagire con i campi elettromagnetici. Applicando forze di azione esterne, il team ha indotto una condizione di stato stazionario in cui i qubit si sono impigliati. A differenza dei metodi tradizionali che si basano sullo spostamento dei qubit dopo aver creato l'entanglement, questo approccio mantiene lo stato impigliato senza la necessità di un trasporto fisico. Di conseguenza, l'entanglement potrebbe teoricamente persistere indefinitamente, anche su grandi distanze, rendendolo più stabile e meno soggetto a errori causati dal rumore ambientale.

Il concetto si basa su previsioni teoriche precedenti che suggerivano che l'entanglement potesse sorgere naturalmente attraverso la dissipazione. Tuttavia, i modelli precedenti richiedevano ambienti altamente controllati che erano difficili da replicare in condizioni reali. Per superare questa sfida, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica chiamata compressione sintetica, che consente la manipolazione degli stati quantici in un ambiente di laboratorio. Questa innovazione ha permesso loro di osservare il fenomeno previsto e confermare che l'entanglement può effettivamente verificarsi senza la necessità di un trasporto attivo.

Wolfgang Pfaff, professore di fisica all'Università dell'Illinois di Urbana-Champaign e ricercatore capo del progetto nell'Illinois, ha sottolineato l'importanza di evitare completamente la fase di trasporto. "In passato, generare l'intreccio ha significato eseguire una serie di operazioni su diverse parti di un sistema e poi trasportarle via l'una dall'altra", ha detto. "Come potete immaginare, è nella fase di trasporto che le cose vanno male e il rumore ambientale rovina le proprietà accuratamente preparate.

Aashish Clerk, professore di ingegneria molecolare presso l'Università di Chicago e leader della parte di Chicago della collaborazione, ha descritto il meccanismo come simile a un frigorifero che mantiene l'entanglement invece della temperatura. "È quasi come avere un 'frigorifero' che pompa influenze esterne per mantenere l'entanglement invece di pompare calore per mantenere la freddezza", ha osservato.

I ricercatori sostengono che il loro metodo offre un'alternativa più robusta. Invece di fare affidamento su meccanismi di trasporto fragili, propongono che l'entanglement possa essere sostenuto direttamente all'interno del sistema. Questo approccio potrebbe ridurre significativamente il rischio di decoerenza e migliorare l'affidabilità dei dispositivi quantistici.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review X, segnando una pietra miliare nel campo della scienza dell'informazione quantistica. Lo studio apre nuove possibilità per il networking quantistico e il calcolo quantistico distribuito. Eliminando la necessità di trasportare stati quantistici delicati, la tecnica potrebbe consentire sistemi quantistici più scalabili e tolleranti ai guasti. I ricercatori prevedono di esplorare ulteriormente le applicazioni pratiche di questo metodo, compresa la sua integrazione nelle piattaforme hardware quantistiche esistenti. I risultati suggeriscono che le future tecnologie quantistiche potrebbero trarre beneficio dall'impiego della dissipazione non come ostacolo, ma come risorsa per mantenere e generare l'entanglement.