Der skal tre til at filtre:Langrækkende kvanteforviklinger kræver trevejsinteraktion

En teoretisk undersøgelse viser, at langtrækkende sammenfiltring faktisk kan overleve ved temperaturer over det absolutte nulpunkt, hvis de korrekte betingelser er opfyldt.

Quantum computing er blevet øremærket som det næste revolutionerende trin i computing. Men nuværende systemer er kun praktisk talt stabile ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt. Et nyt teorem fra et japansk forskningssamarbejde giver en forståelse af, hvilke typer af langrækkende kvanteforviklinger, der overlever ved temperaturer, der ikke er nul, og afslører et grundlæggende aspekt af makroskopiske kvantefænomener og vejleder vejen mod yderligere forståelse af kvantesystemer.

Når tingene bliver små, helt ned til skalaen af ​​en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår, bliver den klassiske fysiks love erstattet af kvantefysikkens love. Kvanteverdenen er mærkelig og vidunderlig, og der er meget ved den, som forskerne endnu ikke har forstået. Storskala eller "makroskopiske" kvanteeffekter spiller en nøglerolle i ekstraordinære fænomener såsom superledning, som er en potentiel gamechanger i fremtidig energitransport, samt for den fortsatte udvikling af kvantecomputere.

Det er muligt at observere og måle "kvantehed" på denne skala i bestemte systemer ved hjælp af lang rækkevidde kvanteforviklinger. Kvantesammenfiltring, som Albert Einstein engang berømt beskrev som "uhyggelig handling på afstand," opstår, når en gruppe af partikler ikke kan beskrives uafhængigt af hinanden. Det betyder, at deres egenskaber hænger sammen:Hvis du kan beskrive en partikel fuldt ud, vil du også vide alt om de partikler, den er viklet ind i.

Langrækkende sammenfiltring er central i kvanteinformationsteorien, og dens videre forståelse kan føre til et gennembrud inden for kvantecomputerteknologier. Langrækkende kvantesammenfiltring er imidlertid stabil under specifikke forhold, såsom mellem tre eller flere parter og ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt. Hvad sker der med to-parts sammenfiltrede systemer ved temperaturer, der ikke er nul? For at besvare dette spørgsmål præsenterede forskere fra RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, Tokyo og Keio University, Yokohama, for nylig en teoretisk undersøgelse i Physical Review X beskriver langtrækkende sammenfiltring ved temperaturer over det absolutte nulpunkt i todelte systemer.

"Formålet med vores undersøgelse var at identificere en begrænsning af strukturen af ​​lang rækkevidde sammenfiltring ved vilkårlige ikke-nul temperaturer," forklarer RIKEN Hakubi teamleder Tomotaka Kuwahara, en af ​​forfatterne til undersøgelsen, som udførte forskningen, mens han var på RIKEN Center for Advanced Intelligence Project. "Vi leverer simple no-go-sætninger, der viser, hvilke former for langtrækkende sammenfiltring, der kan overleve ved temperaturer uden for nulpunktet. Ved temperaturer over det absolutte nulpunkt vibrerer partikler i et materiale og bevæger sig rundt på grund af termisk energi, som virker mod kvantesammenfiltring. Ved vilkårlige ikke-nul temperaturer kan ingen lang rækkevidde sammenfiltring fortsætte mellem kun to undersystemer."

Forskernes resultater stemmer overens med tidligere observationer om, at langtrækkende sammenfiltring kun overlever ved en temperatur, der ikke er nul, når mere end tre delsystemer er involveret. Resultaterne tyder på, at dette er et grundlæggende aspekt af makroskopiske kvantefænomener ved stuetemperatur, og at kvanteenheder skal konstrueres til at have multipartite sammenfiltrede tilstande.

"Dette resultat har åbnet døren til en dybere forståelse af kvantesammenfiltring over store afstande, så dette er kun begyndelsen," siger professor Keijo Saito ved Keio Universitet, der er medforfatter til undersøgelsen. "Vi sigter mod at uddybe vores forståelse af forholdet mellem kvantesammenfiltring og temperatur i fremtiden. Denne viden vil sætte gang i og drive udviklingen af ​​fremtidige kvanteenheder, der fungerer ved stuetemperaturer, hvilket gør dem praktiske."

Mens kvanteenheder, der arbejder ved stabile rumtemperaturer, stadig er i deres vorden, ser kvantesammenfiltring ud til at "binde" fremtiden for dette felt. + Udforsk yderligere

Det bedste fra begge verdener:Kombination af klassiske og kvantesystemer for at imødekomme supercomputing-krav