Исследователи создают «универсальный запутыватель» для новой квантовой технологии
Открытие представляет собой мощный новый механизм с потенциальным использованием в квантовых вычислениях, криптографии и квантовых коммуникациях
Одним из ключевых понятий в квантовой физике является запутанность, в которой две или более квантовых систем становятся настолько неразрывно связанными, что их коллективное состояние не может быть определено путем наблюдения каждого элемента в отдельности. Теперь исследователи Йельского университета разработали «универсальный запутыватель», который может связывать различные закодированные частицы по требованию.
Открытие представляет собой мощный новый механизм с потенциальным использованием в квантовых вычислениях, криптографии и квантовых коммуникациях. Исследование ведется Йельской лабораторией Роберта Шоелкопфа и публикуется в журнале Nature.
Квантовые вычисления выполняются с помощью квантовых битов данных, называемых кубитами, которые подвержены ошибкам. Ученые говорят, что для реализации точных квантовых вычислений им нужны «логические» кубиты, ошибки которых можно обнаружить и исправить с помощью кодов квантовой коррекции ошибок.
«Мы показали новый способ создания шлюзов между логически кодированными кубитами, которые в конечном итоге могут быть исправлены от ошибок», — сказал Шоелкопф, профессор прикладной физики в Йельском университете и директор Йельского квантового института. «Это гораздо более сложная операция, чем все то, что было выполнено ранее».
Механизм запутывания называется шлюзом экспоненциального свопа. В исследовании ученые продемонстрировали новую технологию, детерминистически запутывая закодированные состояния в любых выбранных конфигурациях или кодах, каждый из которых размещен в двух отдельно изолированных трехмерных сверхпроводящих микроволновых полостях.
«Этот универсальный запутыватель имеет решающее значение для надежных квантовых вычислений» — сказал Ивонн Гао, один из авторов исследования. «Ученые изобрели множество аппаратно-эффективных, квантовых кодов с исправлением ошибок — каждый из которых продуманно разработан с уникальными характеристиками, которые можно использовать для различных приложений. Однако каждый из них требует подключения нового набора специализированных операций, вводя значительное аппаратное обеспечение накладные расходы и снижение универсальности.»
Универсальный запутыватель убирает это ограничение, обеспечивая затвор между любыми желаемыми входными состояниями. «Теперь мы можем выбирать любые желаемые коды или даже менять их на лету» — говорят исследователи.
Entanglement of bosonic modes through an engineered exchange interaction, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0970-4 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-0970-4