18-qubit sammenfiltring sætter ny rekord

Fysikere har eksperimentelt påvist 18-qubit sammenfiltring, som er den hidtil største indviklede tilstand med individuel kontrol af hver qubit. Da hver qubit har to mulige værdier, de 18 qubits kan generere i alt 2 ¹⁸ (eller 262, 144) kombinationer af udgangstilstande. Da kvanteinformation kan kodes i disse tilstande, resultaterne har potentielle anvendelser overalt, hvor der anvendes kvanteinformationsbehandling.

Fysikerne, Xi-Lin Wang og medforfattere ved University of Science and Technology i Kina, har offentliggjort et papir om den nye forviklingsrekord i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vores papir rapporterer 18-qubit entanglement, der udvider en effektiv Hilbert-plads til 262, 144 dimensioner (den største hidtil) med fuld kontrol over tre frihedsgrader af seks individuelle fotoner, inklusive deres veje, polarisering, og orbitalt vinkelmoment, " fortalte medforfatter Chao-Yang Lu ved University of Science and Technology i Kina Phys.org . "Dette repræsenterer den hidtil største sammenfiltring. At sammenfiltre et stadig større antal qubits er ikke kun af fundamental interesse (dvs. skubbe den fysiske grænse, hvis der er en, for at udforske grænsen mellem kvante og klassisk, for eksempel). Men også, nok vigtigere, at sammenfiltre et stort antal qubits er den centrale opgave i kvanteberegning."

Generelt, der er to måder at øge antallet af effektive qubits i en sammenfiltret tilstand:brug flere partikler, eller udnytte partiklernes yderligere frihedsgrader (DoF'er). Når du udnytter flere DoF'er, sammenfiltringen kaldes "hyperforvikling". Indtil nu, nogle af de største sammenfiltrede stater har inkluderet 14 fangede ioner med en enkelt DoF, og fem fotoner med to DoF'er (hvilket svarer til 10-qubit entanglement).

Selvom det at gå ud over to DoF'er giver større teknologiske udfordringer, i den nye undersøgelse udviklede fysikerne nye metoder til at generere skalerbar hyper-sammenfiltring, producerer en 18-qubit sammenfiltret tilstand lavet af seks fotoner med tre DoF'er.

"Det er vanskeligt at kontrollere flere DoF'er, da det er nødvendigt at røre ved en uden at forstyrre nogen anden, " forklarede Lu. "For at løse dette, vi udvikler metoder til reversible kvantelogiske operationer mellem fotonens forskellige DoF'er med præcision og effektivitet, begge tæt på enhed. Vi tror på, at vores arbejde skaber en ny og alsidig platform for multi-foton kvanteinformationsbehandling med flere DoF'er."

Brug af yderligere DoF'er har flere fordele. For en, udnyttelse af tre DoF'er i stedet for to fordobler informationsbærende kapacitet for hver foton fra fire til otte mulige outputtilstande. Ud over, en hyper-entangled 18-qubit-tilstand, der udnytter tre DoF'er, er ca. 13 størrelsesordener mere effektiv end en 18-qubit-tilstand sammensat af 18 fotoner med en enkelt DoF.

Med disse fordele, fysikerne forventer, at evnen til at opnå 18-qubit hyper-entanglement vil føre til tidligere hidtil usete forskningsområder, såsom eksperimentelt at realisere visse koder til kvanteberegning, implementering af kvanteteleportering af højdimensionelle kvantetilstande, og muliggør mere ekstreme krænkelser af lokal realisme.

"Vores arbejde har skabt en ny platform til optisk kvanteinformationsbehandling med flere DoF'er, " sagde Lu. "Evnen til at kontrollere 18 qubits sammenhængende muliggør eksperimentel adgang til tidligere uudforskede regimer, for eksempel, realiseringen af ​​overfladekoden og Raussendorf-Harrington-Goyal-koden til kvantefejlkorrektion, og teleportering af tre DoF'er af en enkelt foton."

© 2018 Phys.org