Et skridt tættere på kompleks kvanteteleportation

Den eksperimentelle beherskelse af komplekse kvantesystemer er nødvendig for fremtidige teknologier som kvantecomputere og kvantekryptering. Forskere fra universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi har slået nye veje. De søgte at bruge mere komplekse kvantesystemer end todimensionalt sammenfiltrede qubits og kan dermed øge informationskapaciteten med det samme antal partikler. De udviklede metoder og teknologier kan i fremtiden muliggøre teleportation af komplekse kvantesystemer. Resultaterne af deres arbejde, "Eksperimentel Greenberger-Horne-Zeilinger forvikling ud over qubits, "udgives for nylig i det anerkendte tidsskrift Natur fotonik .

Ligesom bits i konventionelle computere, qubits er den mindste informationsenhed i kvantesystemer. Store virksomheder som Google og IBM konkurrerer med forskningsinstitutter rundt om i verden om at producere et stigende antal sammenfiltrede qubits og udvikle en fungerende kvantecomputer. Men en forskergruppe ved universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi forfølger en ny vej for at øge informationskapaciteten i komplekse kvantesystemer.

Ideen bag det er enkel:I stedet for bare at øge antallet af involverede partikler, kompleksiteten i hvert system øges. "Det særlige ved vores eksperiment er, at for første gang, det sammenfiltrer tre fotoner ud over den konventionelle todimensionelle natur, "forklarer Manuel Erhard, første forfatter til undersøgelsen. Til dette formål, de wienske fysikere brugte kvantesystemer med mere end to mulige tilstande - i dette særlige tilfælde, vinkelmomentet for de enkelte lyspartikler. Disse individuelle fotoner har nu en højere informationskapacitet end qubits. Imidlertid, sammenfiltring af disse lyspartikler viste sig at være vanskelig på et konceptuelt plan. Forskerne overvandt denne udfordring med en banebrydende idé:en computeralgoritme, der autonomt søger efter en eksperimentel implementering.

Ved hjælp af en computeralgoritme kaldet Melvin, forskerne fandt et eksperimentelt setup til at producere denne type sammenfiltring. I starten det var meget komplekst, men det fungerede i princippet. Efter nogle forenklinger, fysikerne stod stadig over for store teknologiske udfordringer. Teamet var i stand til at løse disse med state-of-the-art laserteknologi og en specielt udviklet multi-port. "Denne multi-port er hjertet i vores eksperiment, og kombinerer de tre fotoner, så de er viklet ind i tre dimensioner, "forklarer Manuel Erhard.

Den særegne egenskab ved trefotonindfiltringen i tre dimensioner giver mulighed for eksperimentel undersøgelse af nye grundlæggende spørgsmål om kvantesystemers adfærd. Ud over, resultaterne af dette arbejde kan også have en betydelig indvirkning på fremtidige teknologier, såsom kvanteteleportation. "Jeg tror, ​​at de metoder og teknologier, vi udviklede i denne publikation, tillader os at teleportere en højere andel af den samlede kvanteinformation for en enkelt foton, som kunne være vigtig for kvantekommunikationsnetværk, ”Siger Anton Zeilinger.