Cercetătorii reușesc să creeze un stat cuantic cu patru qubiți în diamant, la temperatura camerei
O echipă de cercetători de la Universitatea din Pennsylvania a demonstrat o nouă metodă de a genera entanglement (stare cuantică corelată) între patru qubiți dintr-un centru de azot-vacanță dintr-un diamant, la temperatura camerei. Rezultatele, publicate în revista Nature Nanotechnology, arată că noua poartă cuantică paralelă este de zece ori mai rapidă decât metodele secvențiale folosite până acum.
Qubiții sunt unități de informație cuantică ce pot exista simultan în combinații ale stărilor 0 și 1, spre deosebire de biții clasici. Atunci când qubiții devin entangled, stările lor se leagă în moduri care nu pot fi explicate prin analiza fiecărui qubit în parte. Un centru de azot-vacanță este un defect minuscul într-un diamant, unde un atom de azot înlocuiește un atom de carbon lipsă.
În mod tradițional, cercetătorii creează entanglement între grupurile de qubiți printr-o serie de operații succesive, legând un electron de la defect cu nucleul unui singur atom de carbon odată. Acest proces consumă timp și poate genera erori de tip „crosstalk”, în care o operație afectează și qubiți care nu erau vizați.
O poartă paralelă pentru patru qubiți
În experimentele lor, cercetătorii au folosit un electron de la defect și trei nuclei de carbon-13 din apropiere, formând împreună patru qubiți. Echipa a implementat o secvență precis temporizată de control care a determinat electronul să interacționeze cu cei trei nuclei în paralel, creând o stare entangled cu patru qubiți într-o singură poartă cuantică.
Cercetătorii au testat porți paralele care implicau electronul și diferite perechi de nuclei, comparându-le apoi cu porți aplicate câte o pereche pe rând. Pentru a verifica entanglementul, au variat fazele cuantice ale nucleilor și au măsurat lumina emisă de defectul din diamant. Modelul rezultat le-a permis să determine câți qubiți au devenit entangled.
„Demonstrăm o poartă paralelizată de entanglement multi-qubit pentru a genera o stare Greenberger–Horne–Zeilinger cu patru qubiți, folosind un centru de azot-vacanță la temperatura camerei, în doar 14,8 microsecunde — de zece ori mai rapid decât secvențele de porți cu doi qubiți și aproape de limita fundamentală impusă de frecvențele de cuplare hiperfină”, au scris autorii.
Rezultate promițătoare și perspective viitoare
Cercetătorii au constatat că poarta paralelă cu patru qubiți a avut o fidelitate de 0,92(4), în timp ce poarta secvențială cu patru qubiți a avut o fidelitate de doar 0,69(3). Fidelitatea măsoară cât de aproape a fost operația de rezultatul dorit.
„Abordarea poate fi generalizată către alte platforme cu stare solidă și pune bazele generării și controlului scalabil al entanglementului în dispozitive practice”, au adăugat autorii.
În viitor, metoda cercetătorilor ar putea fi folosită pentru a implementa porți de entanglement mai precise în sistemele cuantice bazate pe diamant și în alte platforme cuantice cu stare solidă. În cele din urmă, ar putea fi extinsă la sisteme cu mai mulți qubiți și ar putea contribui la progrese în detectarea cuantică sau în alte tehnologii cuantice.
