Forskere krænker Bells -ulighed med fjernt forbundne superledende qubits

Den effektive generering af sammenfiltring mellem fjerntliggende kvanteknuder er et afgørende skridt i sikringen af ​​kvantekommunikation. I tidligere forskning har forvikling er ofte blevet opnået ved hjælp af en række forskellige sandsynlighedsordninger.

For nylig, nogle undersøgelser har også tilbudt demonstrationer af deterministisk fjernindvikling ved hjælp af tilgange baseret på superledende qubits. Ikke desto mindre, den deterministiske krænkelse af Bells ulighed (et stærkt mål for kvantekorrelation) i en superledende kvantekommunikationsarkitektur er hidtil aldrig blevet påvist.

Et team af forskere baseret på University of Chicago har for nylig demonstreret en krænkelse af Bells ulighed ved hjælp af fjernforbundne superledende qubits. Deres papir, udgivet i Naturfysik , introducerer en enkel og alligevel robust arkitektur til at nå dette benchmark -resultat i et superledende system.

"Der er stor interesse og aktivitet i at udvikle eksperimentelle systemer, hvor kvantemekanik kan bruges til informationsbehandling (f.eks. Kommunikation, beregning, osv.) og sansning, "Andrew Cleland, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Hjertet i et kvanteinformationssystem er en qubit, og unikhed kommer fra de kvantetilstande, du kan gemme i den, samt de mere komplekse kvantetilstande, du kan gemme ved hjælp af flere qubits. Vi var interesserede i at undersøge transmissionen af ​​kvanteinformation og kvantetilstande - grundlaget for kvantekommunikation. "

Kvantetilstande, samt de oplysninger, der er gemt i dem, er utroligt sarte, langt mere end klassiske tilstande og klassisk lagrede oplysninger. Selvom teoretisk set der er måder at rette fejl på i en kvantetilstand, man kan typisk kun rette små fejl; derfor, kommunikationen af ​​en kvantetilstand skal udføres med meget høj præcision. High fidelity -transmissionen af ​​en kvantetilstand er hidtil blevet opnået ved hjælp af et begrænset antal metoder.

"Vi ville se, om vi kunne bruge nogle af de bedste qubits, der er tilgængelige, superledende qubits, og de bedste værktøjer til kobling af superledende qubits til kommunikationslinjer (transmissionslinjer), for at vise, at vi kunne overføre kvantetilstande med meget høj præcision (dvs. troskab), "Sagde Cleland.

I kvantefysikken, 'guldstandarden' til test af en bestemt klasse af kvantetilstande er Bells ulighed. I det væsentlige, et specifikt sæt målinger af en egenskab med en kvantetilstand (normalt skrevet som "S") kan kun overstige en klassisk begrænset værdi på to, hvis kvantetilstanden er forberedt, kommunikeres og måles med høj præcision.

"Fejl i forbindelse med forberedelse, transmittering eller måling af kvantetilstanden vil have en tendens til at gøre staten mere klassisk, og gør det sværere at overskride den klassiske grænse på to, "Forklarede Cleland." Overskridelse af denne grænse kaldes en overtrædelse af en Bell -ulighed, og er et bevis på 'kvantitet'. Dette var den foranstaltning, vi satte os for at opnå, ved at måle S for en kvantetilstand ved hjælp af en meget præcis generation, smitte, og indfangning af kvanteinformation mellem to qubits. Heldigvis, vi var i stand til at gøre dette. "

I deres eksperiment, Cleland og hans kolleger brugte to superledende qubits forbundet til hinanden via en cirka 1 meter lang transmissionslinje. Kvanteinformationen blev transmitteret langs denne linje ved hjælp af mikrobølger (svarende til radiosignaler), med en frekvens, der ligner den, mobiltelefoner bruger til at kommunikere.

"Meget vigtigt, vi havde også elektrisk styrede 'koblere' mellem hver qubit og linjen, "Cleland sagde." Disse koblinger er meget vigtige, fordi de tillader os at styre koblingen af ​​qubits til linjen meget hurtigt, ved hjælp af klassiske elektriske signaler. "

Disse elektrisk styrede koblinger er en nøglekomponent i forskernes eksperiment, da de tillod dem at 'forme' koblingen i tide meget præcist. Disse koblere sikrede, at mikrobølgerne, der bærer kvanteinformationen, blev transmitteret mellem de to qubits på den helt rigtige måde. Dette sikrede i sidste ende, at kvanteoplysningerne blev sendt og modtaget med minimale fejl.

"Vores eksperiment viser, at meget præcis kvanteinformation kan sendes ad en kommunikationssti, der er ret lang, i vores tilfælde næsten en meter i længden, "Cleland forklarede." Den metode, vi brugte, ville fungere med enhver længdelinje. Dette viser, at de teoretiske metoder, der var blevet udarbejdet for denne næsten fejlfrie transmission, er korrekte, og har et stort løfte om fremtidige kvantekommunikationssystemer. "

Undersøgelsen udført af Cleland og hans kolleger introducerede en enkel, men effektiv metode til at opnå en krænkelse af Bells ulighed ved hjælp af fjerntliggende superledende qubits. Imidlertid, da qubitsne, der blev brugt i deres eksperiment, kommunikerer med mikrobølger, deres metode virker kun ved meget lave temperaturer. For at kommunikere kvanteinformation gennem luft, forskerne skulle udvikle nye teknikker, der kan opnå lignende resultater ved hjælp af infrarødt eller synligt lys.

"Vi planlægger nu at lave mere komplekse versioner af dette eksperiment, ved hjælp af flere qubits og flere transmissionslinjer, at teste mere avancerede teorier om kvantekommunikation og kvantefejlkorrektion, "Cleland sagde." Vi udvikler også metoder til at prøve at gøre det samme med infrarødt lys, så signalerne kan sendes gennem en optisk fiber, eller gennem rummet. "

© 2019 Science X Network