Kwantumgeheugens zijn apparaten die kwantuminformatie voor een later tijdstip kunnen opslaan, die meestal worden geïmplementeerd door fotonen met bepaalde kwantumtoestanden op te slaan en opnieuw uit te zenden. Maar vaak is het moeilijk te zeggen of een geheugen kwantum of alleen klassieke informatie opslaat. In een nieuwe krant natuurkundigen hebben een nieuwe test ontwikkeld om de kwantumaard van kwantumgeheugens te verifiëren.

De onderzoekers, Dennis Rosset, Francesco Buscemi, en Yeong-Cherng Liang, hebben een artikel gepubliceerd over de kwantumgeheugentest in een recent nummer van Fysieke beoordeling X .

"Kwantumgeheugens zijn onmisbare componenten van kwantumcommunicatienetwerken over lange afstand en mogelijk zelfs in een volledige kwantumcomputer, "Lang, een natuurkundige aan de National Cheng Kung University in Taiwan, vertelde Phys.org . "Om ervoor te zorgen dat deze componenten hun doel dienen, het is essentieel dat ze kunnen bewaren, minstens, de kwantumverstrengeling tussen bepaalde ingangen in het geheugen en alle andere delen die niet in het geheugen zijn binnengekomen. Ons werk vindt de juiste balans bij het certificeren van elk apparaat dat over deze mogelijkheid beschikt, terwijl we minimale aannames maken."

Zoals de wetenschappers uitleggen, de kwantumverstrengeling tussen het systeem dat in het geheugen is opgeslagen en systemen op afstand die niet in het geheugen staan, moet gedurende de gehele opslagtijd worden gehandhaafd. Als deze verstrengeling op enig moment wordt verbroken, dan functioneert het apparaat niet langer als een kwantumgeheugen, maar als een "verstrengeling-doorbrekend kanaal" en kan daardoor alleen klassieke informatie verzenden.

Hoewel er momenteel tests zijn die de kwantumaard van een kwantumgeheugen kunnen verifiëren, deze tests hebben bepaalde beperkingen. Voor een, ze vereisen dat de onderzoeker erop vertrouwt dat de meet- en toestandvoorbereidingsapparaten die door het kwantumgeheugen worden gebruikt, nauwkeurig zijn. Om deze reden, deze tests worden apparaatafhankelijke protocollen genoemd. Echter, een test die geen aannames doet, kan niet "trouw, " wat betekent dat het enkele echte kwantumherinneringen over het hoofd kan zien. Dit komt omdat deze methoden testen op de schending van een Bell-ongelijkheid als verificatie van verstrengeling, wat voldoende maar niet noodzakelijk is, omdat sommige echte kwantumkanalen de ongelijkheden van Bell niet schenden en deze test dus niet zouden doorstaan.

Hoewel het ideaal zou zijn om een ​​test te ontwerpen die volledig apparaatonafhankelijk is, leggen de onderzoekers uit dat het niet mogelijk is om een ​​enkel geheugen op deze manier te testen, zelfs in principe vanwege de noodzaak om het kwantumgeheugen op twee verschillende tijdstippen te testen. Echter, hun nieuwe test is meetapparaatonafhankelijk, wat betekent dat het nog steeds vereist dat het staatsvoorbereidingsapparaat wordt vertrouwd, maar er hoeven geen aannames te worden gedaan met betrekking tot het meetinstrument. De nieuwe test is ook trouw, wat betekent dat het alle kwantumgeheugens correct kan identificeren die functioneren als niet-verstrengelingsbrekende kwantumkanalen.

De nieuwe test maakt gebruik van een semi-kwantumraamwerk dat sterk lijkt op het raamwerk dat wordt gebruikt in sommige tests van verstrengeling in kwantumtoestanden, waarbij de verstrengeling verwijst naar correlaties in de ruimte, in tegenstelling tot de tijdachtige verstrengeling in kwantumherinneringen. Conventionele protocollen voor het testen op ruimteachtige correlaties gebruiken vaak twee tekens, Alice als afzender en Bob als ontvanger van kwantumtoestanden. Maar aangezien kwantumgeheugens tijdachtige correlaties met zich meebrengen, het protocol heeft slechts één teken nodig, die de onderzoekers Abby noemen, om op verschillende tijdstippen als zender en ontvanger op te treden. In de test voorgesteld in de nieuwe studie, door de relatieve frequenties te vergelijken van de signalen die Abby verzendt en ontvangt, het is mogelijk om de tijdachtige verstrengeling te schatten en daarom te certificeren dat een kwantumgeheugen kwantuminformatie kan opslaan.

De onderzoekers toonden aan dat de nieuwe test robuust is tegen geluid en verliezen, en ze verwachten dat het mogelijk moet zijn om de test experimenteel uit te voeren met de huidige technologie. De test zou dan een zeer nuttig hulpmiddel zijn voor de toekomstige ontwikkeling van kwantumgeheugens.

"Bij de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën, het is van cruciaal belang dat er een betrouwbare manier bestaat om de relevante componenten te benchmarken en ervoor te zorgen dat ze werken zoals verwacht, " zei Liang. "Onze bevindingen bieden een manier om een ​​van de belangrijkste kenmerken van deze componenten te certificeren, terwijl we ervoor zorgen dat we niet meer aannames maken dan nodig is. Met deze testen we hopen dat het de kwaliteitscontroleprocedures van kwantumapparaten vereenvoudigt zonder in de val te lopen van het maken van ongerechtvaardigde aannames."

© 2018 Fys.org