Yale's nieuwste werk om het bereik van kwantuminformatiewetenschap uit te breiden, is eigenlijk een spel van kwantumpitch en catch.

In een nieuwe studie gepubliceerd op 23 april in het tijdschrift Natuurfysica , Yale-onderzoekers "pitchen" een qubit - een klein beetje kwantumgegevens - van een fysiek punt in een microgolfholte naar een afzonderlijk punt in een andere holte. Het is de eerste keer dat een end-to-end kwantumtransmissie op aanvraag is gedaan en vertegenwoordigt de eerste van twee Yale-experimenten met "pitch-and-catch" -technologieën die dit jaar zullen worden gepubliceerd.

Quantum computing biedt de mogelijkheid tot rekensnelheden die orden van grootte sneller zijn dan de huidige supercomputers. Yale-onderzoekers lopen voorop bij de ontwikkeling van de eerste volledig bruikbare kwantumcomputers, en hebben baanbrekend werk verricht in quantum computing met supergeleidende circuits.

Maar om een ​​kwantumcomputer complexere algoritmen te laten uitvoeren, het heeft meer verwerkingskracht nodig, net zoals een klassieke computer dat doet. Om dat te doen, qubits moeten met elkaar worden gekoppeld, daarom zou een "pitch and catch"-mogelijkheid van pas komen.

"Onze aanpak is om een ​​kwantumnetwerk te gebruiken om veel qubits met elkaar te verbinden in onafhankelijke modules, " zei Christopher Axline, een afgestudeerde student van Yale en co-hoofdauteur van de nieuwe studie. "De strategie is vergelijkbaar met het clusteren van computers op een lokaal netwerk."

Axline werkt in het Yale lab van Robert Schoelkopf, hoofdonderzoeker van het onderzoek. De andere co-hoofdauteurs van de studie zijn de afgestudeerde Yale-student Luke Burkhart en voormalig Yale-postdoctoraal medewerker Wolfgang Pfaff, die nu bij Microsoft is.

Eerder werk van de onderzoekers stelde hen in staat een qubit te pitchen, met behoud van zijn informatie. Nu zijn ze in staat om de informatie te vangen, ook.

"Je zou denken dat het vangen van onze vliegende qubit een directe uitbreiding zou zijn van ons andere werk, maar het vereist eigenlijk een zorgvuldige behandeling, "Zei Burkhart. "Het betekende variëren hoe snel, en met welke frequentie de informatie wordt vrijgegeven. Als we de sluizen openzetten en de energie er zo snel mogelijk uit laten stromen, het zal de vanger overweldigen."

In plaats daarvan, de onderzoekers geven zorgvuldig vorm aan hun pitch-and-catch in de tijd, zodat beide uiteinden van de transactie synchroon lopen.

Een andere primeur voor het experiment is het gebruik van de holtes - naast de qubit zelf - als geheugen voor het systeem. "Veel van het onderzoek in ons laboratorium en aan het Yale Quantum Institute richt zich op het benutten van holtemodi voor de verwerking van kwantuminformatie, "Zei Axline. "Supergeleidende holtes zijn de veiligste plaatsen waar we kwantuminformatie kunnen opslaan, en nog belangrijker, holtes zijn flexibel wat betreft de vorm van de opgeslagen informatie."

Dit kwantumspel van pitch en catch omvat ook kwantumverstrengeling, een sleutelbegrip in de kwantumfysica en een vereiste in elk kwantumalgoritme. Op dit moment, het betekent dat de werper werpt en niet werpt, tegelijkertijd.

"We verstrengelen de toestanden tussen de werper en de vanger, "Zei Burkhart. "Deze verstrengeling op afstand zal cruciaal zijn in kwantumnetwerken."