Natuurkundigen hebben experimenteel 18-qubit verstrengeling aangetoond, dat is de grootste verstrengelde toestand die tot nu toe is bereikt met individuele controle van elke qubit. Omdat elke qubit twee mogelijke waarden heeft, de 18 qubits kunnen in totaal 2 . genereren ¹⁸ (of 262, 144) combinaties van uitgangstoestanden. Omdat kwantuminformatie in deze toestanden kan worden gecodeerd, de resultaten hebben potentiële toepassingen overal waar kwantuminformatieverwerking wordt gebruikt.

de fysici, Xi-Lin Wang en co-auteurs aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, hebben een paper gepubliceerd over het nieuwe verstrengelingsrecord in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"Onze paper rapporteert 18-qubit verstrengeling die een effectieve Hilbert-ruimte uitbreidt tot 262, 144 dimensies (de grootste tot nu toe) met volledige controle over drie vrijheidsgraden van zes individuele fotonen, inclusief hun paden, polarisatie, en baanimpulsmoment, " vertelde co-auteur Chao-Yang Lu aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China: Phys.org . "Dit is de grootste verstrengeling tot nu toe. Het verstrengelen van een steeds groter aantal qubits is niet alleen van fundamenteel belang (d.w.z. de fysieke grens verleggen, als er een is, om de grens tussen kwantum en klassiek te verkennen, bijvoorbeeld). Maar ook, waarschijnlijk belangrijker, het verstrengelen van grote aantallen qubits is de centrale taak in kwantumberekening."

Over het algemeen, er zijn twee manieren om het aantal effectieve qubits in verstrengelde toestand te vergroten:gebruik meer deeltjes, of gebruik maken van de extra vrijheidsgraden (DoF's) van de deeltjes. Bij het exploiteren van meerdere DoF's, de verstrengeling wordt "hyperverstrengeling" genoemd. Tot dusver, enkele van de grootste verstrengelde toestanden bevatten 14 gevangen ionen met een enkele DoF, en vijf fotonen met twee DoF's (wat overeenkomt met 10 qubit verstrengeling).

Hoewel verder gaan dan twee DoF's grotere technologische uitdagingen met zich meebrengt, in de nieuwe studie ontwikkelden de natuurkundigen nieuwe methoden om schaalbare hyper-verstrengeling te genereren, het produceren van een 18-qubit verstrengelde toestand gemaakt van zes fotonen met drie DoF's.

"Het besturen van meerdere DoF's is lastig, omdat het nodig is om er een aan te raken zonder de ander te storen, " legde Lu uit. "Om dit op te lossen, we ontwikkelen methoden voor omkeerbare kwantumlogische bewerkingen tussen de verschillende DoF's van het foton met precisie en efficiëntie die beide dicht bij de eenheid liggen. We zijn van mening dat ons werk een nieuw en veelzijdig platform creëert voor multi-foton kwantuminformatieverwerking met meerdere DoF's."

Het gebruik van extra DoF's heeft verschillende voordelen. Voor een, het benutten van drie DoF's in plaats van twee verdubbelt de informatiedragende capaciteit van elk foton van vier naar acht mogelijke uitgangstoestanden. In aanvulling, een hyperverstrengelde staat van 18 qubit die drie DoF's exploiteert, is ongeveer 13 ordes van grootte efficiënter dan een staat van 18 qubit die bestaat uit 18 fotonen met een enkele DoF.

Met deze voordelen, de natuurkundigen verwachten dat het vermogen om 18-qubit hyper-verstrengeling te bereiken zal leiden tot voorheen ongekende onderzoeksgebieden, zoals het experimenteel realiseren van bepaalde codes voor quantum computing, het implementeren van kwantumteleportatie van hoogdimensionale kwantumtoestanden, en het mogelijk maken van extremere schendingen van het lokale realisme.

"Ons werk heeft een nieuw platform gecreëerd voor optische kwantuminformatieverwerking met meerdere DoF's, " zei Lu. "De mogelijkheid om 18 qubits coherent te controleren, maakt experimentele toegang mogelijk tot voorheen onontgonnen regimes, bijvoorbeeld, de realisatie van de oppervlaktecode en de Raussendorf-Harrington-Goyal-code voor kwantumfoutcorrectie, en de teleportatie van drie DoF's van een enkel foton."

© 2018 Fys.org