Forskere skaber en universel entangler for ny kvanteteknologi

Et af de centrale begreber inden for kvantefysik er sammenfiltring, hvor to eller flere kvantesystemer bliver så uløseligt forbundet, at deres kollektive tilstand ikke kan bestemmes ved at observere hvert element individuelt. Nu har Yale -forskere udviklet en "universel entangler", der kan forbinde en række forskellige kodede partikler efter behov.

Opdagelsen repræsenterer en kraftfuld ny mekanisme med potentielle anvendelser inden for kvanteberegning, kryptografi, og kvantekommunikation. Forskningen ledes af Yale -laboratoriet i Robert Schoelkopf og fremgår af tidsskriftet Natur .

Kvantberegninger udføres med delikate bits af data kaldet qubits, som er tilbøjelige til fejl. For at implementere trofast kvanteberegning, videnskabsfolk siger, de har brug for "logiske" qubits, hvis fejl kan opdages og rettes ved hjælp af kvantefejlkorrektionskoder.

"Vi har vist en ny måde at oprette porte mellem logisk kodede qubits, der i sidste ende kan rettes fejl, "sagde Schoelkopf, Sterling -professor i anvendt fysik og fysik ved Yale og direktør for Yale Quantum Institute. "Det er en meget mere sofistikeret operation end hvad der tidligere er blevet udført."

Indviklingsmekanismen kaldes en eksponentiel-SWAP-gate. I undersøgelsen, forskere demonstrerede den nye teknologi ved deterministisk at sammenfiltre kodede tilstande i alle valgte konfigurationer eller koder, hver huset i to ellers isolerede, 3-D superledende mikrobølgehulrum.

"Denne universelle entangler er kritisk for robust kvanteberegning, "sagde Yvonne Gao, medforfatter af undersøgelsen. "Forskere har opfundet et væld af hardware-effektive, kvantefejlkorrektionskoder - hver enkelt smart designet med unikke egenskaber, der kan udnyttes til forskellige applikationer. Imidlertid, hver af dem kræver tilslutning af et nyt sæt skræddersyede operationer, introducerer en betydelig hardware overhead og reduceret alsidighed. "

Den universelle entangler formindsker denne begrænsning ved at tilvejebringe en port mellem alle ønskede indgangstilstande. "Vi kan nu vælge de ønskede koder eller endda ændre dem i farten uden at skulle omdirigere operationen, "sagde den første forfatter Brian Lester.

Opdagelsen er blot det sidste trin i Yales kvanteforskningsarbejde. Yale -forskere er i spidsen for bestræbelserne på at udvikle de første fuldt brugbare kvantecomputere og har udført banebrydende arbejde inden for kvanteberegning med superledende kredsløb.