Kwantumverstrengeling is een belangrijk kenmerk van quantum computing. Nog, hoe kunnen onderzoekers verifiëren dat een kwantumcomputer daadwerkelijk grootschalige verstrengeling incorporeert? Conventionele methoden vereisen een groot aantal herhaalde metingen, onderzoeksproblemen presenteren. Aleksandra Dimić van de Universiteit van Belgrado en Borivoje Dakić van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen en de Universiteit van Wenen hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarvoor zelfs een enkele experimentele run voldoende is om de aanwezigheid van verstrengeling aan te tonen. Hun resultaten worden gepubliceerd in het online open access tijdschrift npj Quantum-informatie .

Het uiteindelijke doel van de kwantuminformatiewetenschap is het ontwikkelen van kwantumcomputers, volwaardige bestuurbare apparaten die gebruik maken van de kwantumtoestanden van subatomaire deeltjes om informatie op te slaan. Zoals met alle kwantumtechnologieën, kwantumcomputing is gebaseerd op een bijzonder kenmerk van de kwantummechanica dat bekend staat als kwantumverstrengeling. De basiseenheden van kwantuminformatie, qubits, moeten op deze specifieke manier correleren om de kwantumcomputer zijn volledige potentieel te laten bereiken.

Een van de grootste uitdagingen is ervoor te zorgen dat een volledig functionele kwantumcomputer werkt zoals verwacht. Vooral, wetenschappers moeten aantonen dat het grote aantal qubits betrouwbaar verstrengeld is. Conventionele methoden vereisen een groot aantal herhaalde metingen op de qubits voor betrouwbare verificatie. Hoe vaker een meting wordt herhaald, hoe zekerder onderzoekers kunnen zijn over de aanwezigheid van verstrengeling. Daarom, benchmarking van verstrengeling in grote kwantumsystemen vereist veel middelen en tijd, wat praktisch moeilijk of gewoon onmogelijk is. Kunnen we verstrengeling bewijzen met slechts een klein aantal meetproeven?

In de huidige studie, de onderzoekers hebben een nieuwe verificatiemethode ontwikkeld die aanzienlijk minder middelen vereist, en in veel gevallen zelfs slechts een enkele meting om grootschalige verstrengeling met een hoge betrouwbaarheid aan te tonen. Aleksandra Dimić van de Universiteit van Belgrado suggereert deze analogie:"Beschouw een machine die tegelijkertijd 10 munten opgooit. We hebben de machine zo gefabriceerd dat deze gecorreleerde munten moet produceren. We willen nu valideren of de machine het verwachte resultaat oplevert. Stel je een enkele proef voor het onthullen van alle munten die op muntjes landen. Dit is een duidelijk teken van correlaties, aangezien 10 onafhankelijke munten 0,01 procent kans hebben om tegelijkertijd aan dezelfde kant te landen. Van zo'n evenement we certificeren de aanwezigheid van correlaties met een betrouwbaarheid van meer dan 99,9 procent. Deze situatie lijkt erg op kwantumcorrelaties die zijn vastgelegd door verstrengeling."

Borivoje Dakić zegt, "In tegenstelling tot klassieke munten, qubits kunnen in veel, veel verschillende manieren. Het meetresultaat is nog steeds een reeks nullen en enen, maar de structuur ervan hangt sterk af van hoe we ervoor kiezen om individuele qubits te meten. We realiseerden ons dat, als we deze metingen op een eigenaardige manier kiezen, verstrengeling zal unieke vingerafdrukken achterlaten in het gemeten patroon."

De methode belooft een drastische vermindering van tijd en middelen die nodig zijn voor een betrouwbare benchmark van toekomstige kwantumapparaten.