Een van de essentiële kenmerken die nodig zijn voor de realisatie van een kwantumcomputer is kwantumverstrengeling. Een team van natuurkundigen van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen (ÖAW) introduceert een nieuwe techniek om verstrengeling zelfs in grootschalige kwantumsystemen met ongekende efficiëntie te detecteren. Dit brengt wetenschappers een stap dichter bij de implementatie van betrouwbare kwantumberekening. De nieuwe resultaten zijn van direct belang voor toekomstige generaties kwantumapparaten en worden gepubliceerd in het huidige nummer van het tijdschrift Natuurfysica .

Kwantumberekening heeft de aandacht van veel wetenschappers getrokken vanwege het potentieel om de mogelijkheden van standaardcomputers voor bepaalde taken te overtreffen. Voor de realisatie van een kwantumcomputer, een van de meest essentiële kenmerken is kwantumverstrengeling. Dit beschrijft een effect waarbij meerdere kwantumdeeltjes op een complexe manier met elkaar verbonden zijn. Als een van de verstrengelde deeltjes wordt beïnvloed door een externe meting, de toestand van het andere verstrengelde deeltje verandert ook, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn. Veel wetenschappers ontwikkelen nieuwe technieken om de aanwezigheid van deze essentiële kwantumfunctie in kwantumsystemen te verifiëren. Efficiënte methoden zijn getest voor systemen met slechts enkele qubits, de basiseenheden van kwantuminformatie. Echter, de fysieke implementatie van een kwantumcomputer zou veel grotere kwantumsystemen omvatten. Nog, met conventionele methoden, het verifiëren van verstrikking in grote systemen wordt uitdagend en tijdrovend, omdat er veel herhaalde experimentele runs nodig zijn.

Voortbouwend op een recent theoretisch schema, een team van experimentele en theoretische natuurkundigen van de Universiteit van Wenen en de ÖAW onder leiding van Philip Walther en Borivoje Dakić, samen met collega's van de Universiteit van Belgrado, met succes aangetoond dat verstrengelingsverificatie op een verrassend efficiënte manier en in zeer korte tijd kan worden uitgevoerd, waardoor deze taak ook toepasbaar is op grootschalige kwantumsystemen. Om hun nieuwe methode te testen, ze produceerden experimenteel een kwantumsysteem dat bestond uit zes verstrengelde fotonen. De resultaten laten zien dat slechts een paar experimentele runs voldoende zijn om de aanwezigheid van verstrengeling met extreem hoge betrouwbaarheid te bevestigen, tot 99,99 procent.

De geverifieerde methode kan op een vrij eenvoudige manier worden begrepen. Nadat in het laboratorium een ​​kwantumsysteem is gegenereerd, de wetenschappers kiezen zorgvuldig specifieke kwantummetingen die vervolgens op het systeem worden toegepast. De resultaten van deze metingen leiden tot het bevestigen of ontkennen van de aanwezigheid van verstrengeling. "Het lijkt op de een of andere manier op het stellen van bepaalde ja-nee-vragen aan het kwantumsysteem en het noteren van de gegeven antwoorden. De meer positieve antwoorden worden gegeven, hoe groter de kans dat het systeem verstrengeling vertoont, " zegt Valeria Saggio, eerste auteur van de publicatie in Natuurfysica . Verrassend genoeg, het aantal benodigde vragen en antwoorden is extreem laag. De nieuwe techniek blijkt orden van grootte efficiënter te zijn in vergelijking met conventionele methoden.

Bovendien, in bepaalde gevallen is het aantal benodigde vragen zelfs onafhankelijk van de grootte van het systeem, daarmee de kracht van de nieuwe methode voor toekomstige kwantumexperimenten bevestigen.

Hoewel de fysieke implementatie van een kwantumcomputer nog voor verschillende uitdagingen staat, nieuwe ontwikkelingen zoals efficiënte verstrengelingsverificatie kunnen het veld een stap vooruit brengen, en draagt ​​zo bij aan de vooruitgang van kwantumtechnologieën.