Circuitul supraconductor care leagă grupuri mici de fotoni în stări entanglate mai mari
Cercetătorii de la Universitatea Tsinghua și de la Laboratorul Național Hefei au prezentat o nouă strategie prin care grupuri mici de fotoni cu microunde, aflate în stare entanglată, pot fi conectate în stări grafice mai mari și reconfigurabile. Metoda folosește un circuit bazat pe un supraconductor — un material prin care curentul electric circulă fără rezistență sub o anumită temperatură — și a fost descrisă într-un studiu publicat în Nature Physics.
Stările grafice reprezintă o formă de organizare a entangării, în care legăturile dintre qubiți pot fi descrise prin rețele matematice. Această structură este considerată avantajoasă pentru calculul și comunicațiile cuantice. O modalitate de a construi astfel de stări este așa-numita fuziune, care unește grupuri mai mici de particule entanglate în loc să genereze dintr-un singur pas o stare entanglată foarte mare.
„Stările grafice fotonice mari sunt resurse importante pentru comunicațiile cuantice, rețelele cuantice și calculul cuantic bazat pe măsurători”, a declarat Hongyi Zhang, coautor al lucrării. „O cale promițătoare de a le construi este fuziunea: în loc să se realizeze o singură stare entanglată foarte mare într-un singur pas, se conectează între ele resurse mai mici. Dificultatea este că metodele convenționale de fuziune sunt probabilistice, astfel încât multe încercări eșuează, iar costul în resurse crește rapid.”
Fuziune deterministă prin măsurători care nu distrug starea
Abordările convenționale de fuziune se bazează pe componente optice precum oglinzi și separatoare de fascicul, care nu reușesc întotdeauna să realizeze operația și necesită încercări repetate sau echipamente suplimentare. Echipa a explorat posibilitatea ca fuziunea să fie realizată determinist printr-o măsurătoare cuantică nedistructivă.
„Am folosit circuite supraconductoare pentru a genera fotoni cu microunde în stări mici, entanglate”, a explicat Zhang. „Un detector cuantic nedistructiv efectuează apoi o măsurătoare de paritate asupra perechilor de fotoni selectați, entanglându-i fără a-i distruge și conectând astfel cele două stări grafice mai mici într-una mai mare. Acordul de frecvență ne permite să alegem ce fotoni sunt fuzionați.”
Prin această metodă, cercetătorii au demonstrat entanglarea multipartită autentică pe 13 qubiți fotonici, ceea ce înseamnă că entanglarea s-a extins asupra întregului grup, nu a rămas limitată la grupuri mai mici și separate de fotoni.
Perspective pentru calculul cuantic și rețelele de comunicații
„Contribuția noastră principală este o operație de fuziune care este deterministă, programabilă și nedistructivă”, a subliniat Zhang. „Mai larg, lucrarea oferă o arhitectură pentru scalarea stărilor grafice fotonice prin conectarea unor stări de resursă mai mici, generate la cerere. Acest lucru este relevant pentru viitorul calcul cuantic bazat pe măsurători, pentru rețelele cuantice și, potențial, pentru schemele de corecție a erorilor cuantice, unde contează atât dimensiunea, cât și conectivitatea stărilor grafice.”
În viitor, metodele introduse de cercetători ar putea fi folosite pentru a realiza stări entanglate mai mari și mai complexe, contribuind eventual la dezvoltarea procesoarelor cuantice și a rețelelor de comunicații cuantice pe distanțe lungi.
„În continuare, vom îmbunătăți fidelitatea dispozitivului, eficiența generării fotonilor și performanța detectorului”, a adăugat Zhang. „De asemenea, intenționăm să dezvoltăm arhitecturi cu mai mulți detectori, care să poată efectua mai multe operații de fuziune și să genereze stări grafice mai mari, cu dimensiuni superioare.”
