Yale spiller kvantefangst i ny forskning

Yales seneste arbejde med at udvide rækkevidden af ​​kvanteinformationsvidenskab er faktisk et spil med kvantehøjde og -fangst.

I en ny undersøgelse offentliggjort 23. april i tidsskriftet Naturfysik , Yale-forskere "pitcher" en qubit - en lille smule kvantedata - fra et fysisk punkt i et mikrobølgehulrum til et separat punkt i et andet hulrum. Det er første gang en ende-til-ende-kvantetransmission er blevet udført efter behov og repræsenterer det første af to Yale-eksperimenter, der involverer "pitch-and-catch"-teknologier, der vil blive offentliggjort i år.

Kvanteberegning giver mulighed for beregningshastigheder, der er størrelsesordener hurtigere end nutidens supercomputere. Yale-forskere er på forkant med bestræbelserne på at udvikle de første fuldt anvendelige kvantecomputere, og har udført banebrydende arbejde inden for kvanteberegning med superledende kredsløb.

Men for at en kvantecomputer kan køre mere komplekse algoritmer, det vil have brug for mere processorkraft, ligesom en klassisk computer gør. At gøre det, qubits skal forbindes med hinanden - hvilket er grunden til en "pitch and catch"-funktion ville være praktisk.

"Vores tilgang er at bruge et kvantenetværk til at forbinde mange qubits sammen i uafhængige moduler, " sagde Christopher Axline, en Yale kandidatstuderende og medforfatter af den nye undersøgelse. "Strategien svarer til at klynge computere sammen på et lokalt netværk."

Axline arbejder i Yale-laboratoriet hos Robert Schoelkopf, undersøgelsens hovedforsker. De andre co-lead forfattere af undersøgelsen er Yale kandidatstuderende Luke Burkhart og tidligere Yale postdoc associeret Wolfgang Pfaff, som nu er hos Microsoft.

Tidligere arbejde fra forskerne gjorde det muligt for dem at pitche en qubit, samtidig med at dens information bevares. Nu er de i stand til at fange oplysningerne, såvel.

"Du tror måske, at fange vores flyvende qubit ville være en ligetil forlængelse af vores andet arbejde, men det kræver faktisk noget omhyggelig behandling, " sagde Burkhart. "Det betød at variere, hvor hurtigt, og med hvilken frekvens, oplysningerne frigives. Hvis vi åbner sluserne og lader energien flyde ud så hurtigt som muligt, det vil overvælde fangeren."

I stedet, forskerne former omhyggeligt deres pitch-and-catch over tid, så begge ender af transaktionen er synkroniseret.

En anden første til eksperimentet er brugen af ​​hulrummene – ud over selve qubitten – som hukommelsen for systemet. "Meget af forskningen i vores laboratorium og på Yale Quantum Institute fokuserer på, hvordan man kan drage fordel af hulrumstilstande til kvanteinformationsbehandling, " sagde Axline. "Superledende hulrum er de mest sikre steder, vi kan gemme kvanteinformation, og endnu vigtigere, hulrum er fleksible med hensyn til formen af ​​den lagrede information."

Dette kvantespil med pitch and catch inkluderer også kvanteforviklinger, et nøglebegreb i kvantefysik og et krav i enhver kvantealgoritme. I dette tilfælde, det betyder, at kanden pitcher og ikke pitcher, samtidigt.

"Vi vikler tilstandene ind mellem kanden og fangeren, " sagde Burkhart. "Denne fjerne sammenfiltring vil være afgørende i kvantenetværk."