Het efficiënt genereren van verstrengeling tussen externe kwantumknooppunten is een cruciale stap in het beveiligen van kwantumcommunicatie. In eerder onderzoek is verstrengeling is vaak bereikt met behulp van een aantal verschillende probabilistische schema's.

Onlangs, sommige onderzoeken hebben ook demonstraties gegeven van deterministische verstrengeling op afstand met behulp van benaderingen op basis van supergeleidende qubits. Niettemin, de deterministische schending van de ongelijkheid van Bell (een sterke maatstaf voor kwantumcorrelatie) in een supergeleidende kwantumcommunicatiearchitectuur is tot nu toe nooit aangetoond.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Chicago heeft onlangs een schending van de ongelijkheid van Bell aangetoond met behulp van op afstand verbonden supergeleidende qubits. hun papier, gepubliceerd in Natuurfysica , introduceert een eenvoudige en toch robuuste architectuur om dit benchmarkresultaat te bereiken in een supergeleidend systeem.

"Er is veel interesse en activiteit in het ontwikkelen van experimentele systemen waarbij kwantummechanica kan worden gebruikt voor informatieverwerking (bijvoorbeeld communicatie, berekening, enz.) en voelen, "André Cleland, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Het hart van een kwantuminformatiesysteem is een qubit, en uniekheid komt van de kwantumtoestanden die je erin kunt opslaan, evenals de meer complexe kwantumtoestanden die u kunt opslaan met behulp van meerdere qubits. We waren geïnteresseerd in het onderzoeken van de overdracht van kwantuminformatie en kwantumtoestanden - de fundamenten voor kwantumcommunicatie."

kwantumtoestanden, evenals de informatie die erin is opgeslagen, zijn ongelooflijk delicaat, veel meer dan klassieke toestanden en klassiek opgeslagen informatie. Hoewel theoretisch, er zijn manieren om fouten in een kwantumtoestand te corrigeren, men kan meestal alleen kleine fouten oplossen; Vandaar, de communicatie van een kwantumtoestand moet met zeer hoge precisie gebeuren. De high-fidelity-transmissie van een kwantumtoestand is tot nu toe bereikt met een beperkt aantal methoden.

"We wilden zien of we enkele van de beste beschikbare qubits konden gebruiken, supergeleidende qubits, en de beste tools om supergeleidende qubits te koppelen aan communicatie (transmissie)lijnen, om te laten zien dat we kwantumtoestanden met zeer hoge precisie (d.w.z. trouw) kunnen verzenden, ' zei Cleland.

In de kwantumfysica, de 'gouden standaard' voor het testen van een bepaalde klasse van kwantumtoestanden is de ongelijkheid van Bell. Eigenlijk, een specifieke reeks metingen van een eigenschap van een kwantumtoestand (meestal geschreven als "S") kan een klassiek beperkte waarde van twee alleen overschrijden als de kwantumtoestand is voorbereid, gecommuniceerd en gemeten met een hoge mate van precisie.

"Fouten gemaakt bij de voorbereiding, het verzenden of meten van de kwantumtoestand zal de toestand meer klassiek maken, en het moeilijker maken om de klassieke limiet van twee te overschrijden, Cleland legde uit. "Het overschrijden van deze limiet wordt een schending van een Bell-ongelijkheid genoemd, en is een bewijs van 'kwantum-heid'. Dit was de maatregel die we wilden bereiken, door S te meten voor een kwantumtoestand met behulp van een zeer nauwkeurige generatie, overdragen, en vastleggen van kwantuminformatie tussen twee qubits. Gelukkig, we waren in staat om dit te doen."

In hun experiment hebben Cleland en zijn collega's gebruikten twee supergeleidende qubits die met elkaar verbonden waren via een ongeveer 1 meter lange transmissielijn. De kwantuminformatie werd langs deze lijn verzonden met behulp van microgolven (vergelijkbaar met radiosignalen), met een frequentie die vergelijkbaar is met die van mobiele telefoons om te communiceren.

"Heel belangrijk, we hadden ook elektrisch gestuurde 'couplers' tussen elke qubit en de lijn, "zei Cleland. "Deze koppelingen zijn erg belangrijk, omdat ze ons in staat stellen om de koppeling van de qubits aan de lijn zeer snel te regelen, met behulp van klassieke elektrische signalen."

Deze elektrisch gestuurde koppelingen zijn een belangrijk onderdeel van het experiment van de onderzoekers, omdat ze de koppeling op tijd heel precies konden 'vormen'. Deze koppelingen zorgden ervoor dat de microgolven met de kwantuminformatie op precies de juiste manier tussen de twee qubits werden verzonden. Dit zorgde er uiteindelijk voor dat de kwantuminformatie met minimale fouten werd verzonden en ontvangen.

"Ons experiment laat zien dat zeer nauwkeurige kwantuminformatie kan worden verzonden langs een communicatiepad dat vrij lang is, in ons geval bijna een meter lang, " legde Cleland uit. "De methode die we gebruikten zou werken met elke lengtelijn. Dit toont aan dat de theoretische methoden die waren uitgewerkt voor deze bijna foutloze verzending correct zijn, en is een grote belofte voor toekomstige kwantumcommunicatiesystemen."

De studie uitgevoerd door Cleland en zijn collega's introduceerde een eenvoudige maar effectieve methode om een ​​schending van de ongelijkheid van Bell te bereiken met behulp van supergeleidende qubits op afstand. Echter, omdat de qubits die in hun experiment werden gebruikt, communiceren met microgolven, hun methode werkt alleen bij zeer lage temperaturen. Om kwantuminformatie door de lucht te communiceren, de onderzoekers zouden nieuwe technieken moeten ontwikkelen die vergelijkbare resultaten kunnen bereiken met infrarood of zichtbaar licht.

"We zijn nu van plan om complexere versies van dit experiment te doen, meer qubits en meer transmissielijnen gebruiken, om meer geavanceerde theorieën voor kwantumcommunicatie en kwantumfoutcorrectie uit te testen, "Zei Cleland. "We ontwikkelen ook methoden om te proberen hetzelfde te doen met infrarood licht, zodat de signalen door een optische vezel kunnen worden verzonden, of door de ruimte."

© 2019 Wetenschap X Netwerk