Fysikere udvikler ny metode til at bevise kvanteindvikling

En af de væsentlige funktioner, der kræves for realiseringen af ​​en kvantecomputer, er kvantesammenfiltring. Et team af fysikere fra Universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi (ÖAW) introducerer en ny teknik til at opdage sammenfiltring selv i store kvantesystemer med en hidtil uset effektivitet. Dette bringer forskere et skridt tættere på implementeringen af ​​pålidelig kvanteberegning. De nye resultater er af direkte relevans for fremtidige generationer af kvanteenheder og offentliggøres i det aktuelle nummer af tidsskriftet Naturfysik .

Kvanteberegning har tiltrukket mange videnskabsmænds opmærksomhed på grund af dets potentiale til at udkonkurrere standardcomputeres evner til visse opgaver. Til realisering af en kvantecomputer, et af de mest essentielle træk er kvanteindvikling. Dette beskriver en effekt, hvor flere kvantepartikler er indbyrdes forbundet på en kompleks måde. Hvis en af ​​de sammenfiltrede partikler påvirkes af en ekstern måling, tilstanden af ​​den anden sammenfiltrede partikel ændrer sig også, uanset hvor langt de er fra hinanden. Mange videnskabsmænd udvikler nye teknikker til at verificere tilstedeværelsen af ​​denne væsentlige kvantefunktion i kvantesystemer. Effektive metoder er blevet testet for systemer, der kun indeholder nogle få qubits, de grundlæggende enheder af kvanteinformation. Imidlertid, den fysiske implementering af en kvantecomputer ville involvere meget større kvantesystemer. Endnu, med konventionelle metoder, verificering af sammenfiltring i store systemer bliver udfordrende og tidskrævende, da der kræves mange gentagne forsøg.

Bygger på et nyligt teoretisk skema, et team af eksperimentelle og teoretiske fysikere fra universitetet i Wien og ÖAW ledet af Philip Walther og Borivoje Dakić, sammen med kolleger fra universitetet i Beograd, med succes demonstreret, at verifikation af sammenfiltring kan udføres på en overraskende effektiv måde og på meget kort tid, hvilket gør denne opgave også gældende for store kvantesystemer. For at teste deres nye metode, de producerede eksperimentelt et kvantesystem bestående af seks sammenfiltrede fotoner. Resultaterne viser, at kun nogle få eksperimentelle kørsler er tilstrækkelige til at bekræfte tilstedeværelsen af ​​sammenfiltring med ekstrem høj sikkerhed, op til 99,99 procent.

Den verificerede metode kan forstås på en ret simpel måde. Efter at et kvantesystem er blevet genereret i laboratoriet, forskerne vælger omhyggeligt specifikke kvantemålinger, som derefter anvendes på systemet. Resultaterne af disse målinger fører til enten at bekræfte eller afvise tilstedeværelsen af ​​sammenfiltring. "Det svarer på en eller anden måde til at stille visse ja-nej-spørgsmål til kvantesystemet og notere de givne svar. Jo mere positive svar der gives, jo større sandsynlighed er for, at systemet udviser sammenfiltring, "siger Valeria Saggio, første forfatter til publikationen i Naturfysik . Overraskende nok, mængden af ​​nødvendige spørgsmål og svar er ekstremt lav. Den nye teknik viser sig at være størrelsesordener mere effektiv sammenlignet med konventionelle metoder.

I øvrigt, i visse tilfælde er antallet af nødvendige spørgsmål endda uafhængigt af systemets størrelse, dermed bekræftes kraften i den nye metode til fremtidige kvanteeksperimenter.

Mens den fysiske implementering af en kvantecomputer stadig står over for forskellige udfordringer, nye fremskridt som effektiv sammenfiltringskontrol kan flytte feltet et skridt fremad, dermed bidrage til fremskridt inden for kvanteteknologier.