Kvantna zapletenost brez transporta: puščljivi kubiti ponujajo pot okoli hrupavih kanalov

Raziskovalci so odkrili novo metodo za ustvarjanje kvantnega zapletenosti brez potrebe po fizičnem gibanju kvantnih sistemov, ki potencialno ponuja rešitev za enega največjih izzivov v kvantnem računalništvu, okoljske motnje med prevozom.

V svojem poskusu sta bila dva superprevodna kubita povezana z enosmernim valovnikom, kar jim je omogočilo interakcijo z elektromagnetnimi polji. Z uporabo zunanjih gonilnih sil je ekipa povzročila stanje stabilnega stanja, v katerem so se kubiti zapletli. Za razliko od tradicionalnih metod, ki se zanašajo na premikanje kubitov narazen po ustvarjanju zapletenosti, ta pristop ohranja zapleteno stanje brez potrebe po fizičnem prevozu.

Koncept temelji na zgodnejših teoretskih napovedih, ki so predlagale, da bi se zapletenost lahko pojavila naravno z razpršenjem. Vendar pa so prejšnji modeli zahtevali visoko nadzorovana okolja, ki so bila težko ponovljiva v realnih pogojih.

Wolfgang Pfaff, profesor fizike na univerzi Illinois Urbana-Champaign in vodilni raziskovalec na strani Illinois v projektu, je poudaril pomen, da se transportni fazi v celoti izogne. "V preteklosti je ustvarjanje zapletenosti pomenilo izvedbo niza operacij na različnih delih sistema in nato njihovo transportiranje drug od drugega", je dejal. "Kot si lahko predstavljate, je v transportni fazi, ko se stvari poslabšajo in okoljski hrup pokvari skrbno pripravljene lastnosti.

Aashish Clerk, profesor molekularnega inženirstva na Univerzi v Chicagu in vodja chicagskega dela sodelovanja, je opisal mehanizem kot podoben hladilniku, ki ohranja zapletenost namesto temperature. "To je skoraj tako, kot da ima hladilnik, ki črpa zunanje vplive, da bi ohranil zapletenost, namesto da bi črpal toploto, da bi ohranil hladnost", je opozoril. Ta analogija poudarja, kako sistem aktivno obvladuje zunanje motnje, da bi ohranil želeno kvantno stanje.

Za učinkovito delovanje kvantnih računalnikov in omrežij je ohranjanje zapletenosti med oddaljenimi komponentami bistvenega pomena. Trenutne tehnike vključujejo pripravo zapletenih delcev na enem mestu, preden jih prenesemo drugam, vendar ta proces izpostavlja delce dekoherenci, izgubi kvantne koherence zaradi interakcij z okoljem.

Raziskava je bila objavljena v reviji Physical Review X in je ključni mejnik na področju kvantne informacijske znanosti. Študija odpira nove možnosti za kvantno omrežje in distribuirano kvantno računanje. Z odpravo potrebe po prenosu občutljivih kvantnih stanj bi tehnika omogočila bolj prilagodljive in napake tolerantne kvantne sisteme. Raziskovalci načrtujejo nadaljnje raziskovanje praktičnih aplikacij te metode, vključno z njeno integracijo v obstoječe kvantne strojne platforme. Rezultati kažejo, da bodoče kvantne tehnologije lahko koristijo izkoriščanju disipacije ne kot ovira, ampak kot vir za vzdrževanje in ustvarjanje zapletenosti.