Kwantumverstrengeling is een van de meest fundamentele en intrigerende fenomenen in de natuur. Recent onderzoek naar verstrengeling is een waardevolle bron gebleken voor kwantumcommunicatie en informatieverwerking. Nutsvoorzieningen, wetenschappers uit Japan hebben een stabiele kwantumverstrengelde toestand van twee protonen op een siliciumoppervlak ontdekt, deuren openen naar een organische unie van klassieke en kwantumcomputerplatforms en mogelijk de toekomst van kwantumtechnologie versterken.

Een van de meest interessante fenomenen in de kwantummechanica is 'kwantumverstrengeling'. Dit fenomeen beschrijft hoe bepaalde deeltjes onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn, zodanig dat hun toestanden alleen kunnen worden beschreven met verwijzing naar elkaar. Deze deeltjesinteractie vormt ook de basis van quantum computing. En dit is waarom, in recente jaren, natuurkundigen hebben gezocht naar technieken om verstrengeling te genereren. Echter, deze technieken worden geconfronteerd met een aantal technische hindernissen, inclusief beperkingen bij het maken van een groot aantal "qubits" (kwantumbits, de basiseenheid van kwantuminformatie), de noodzaak om extreem lage temperaturen te handhaven ( <1K), en het gebruik van ultrazuivere materialen. Oppervlakken of interfaces zijn cruciaal bij de vorming van kwantumverstrengeling. Helaas, elektronen beperkt tot oppervlakken zijn vatbaar voor "decoherentie, " een toestand waarin er geen gedefinieerde faserelatie is tussen de twee verschillende toestanden. Dus, stabiel te krijgen, coherente qubits, de spintoestanden van oppervlakte-atomen (of gelijkwaardig, protonen) moeten worden bepaald.

Onlangs, een team van wetenschappers in Japan, waaronder Prof. Takahiro Matsumoto van de Nagoya City University, Prof. Hidehiko Sugimoto van de Chuo University, Dr. Takashi Ohhara van de Japan Atomic Energy Agency, en Dr. Susumu Ikeda van High Energy Accelerator Research Organization, erkende de behoefte aan stabiele qubits. Door naar de spintoestanden aan het oppervlak te kijken, de wetenschappers ontdekten een verstrengeld paar protonen op het oppervlak van een silicium nanokristal.

Prof. Matsumoto, de hoofdwetenschapper, schetst de betekenis van hun studie:"Protonenverstrengeling is eerder waargenomen in moleculaire waterstof en speelt een belangrijke rol in verschillende wetenschappelijke disciplines. de verstrengelde toestand werd alleen gevonden in gas- of vloeistoffasen. Nutsvoorzieningen, we hebben kwantumverstrengeling gedetecteerd op een vast oppervlak, die de basis kunnen leggen voor toekomstige kwantumtechnologieën." Hun baanbrekende studie werd gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordeling B .

De wetenschappers bestudeerden de spintoestanden met behulp van een techniek die bekend staat als "inelastische neutronenverstrooiingsspectroscopie" om de aard van oppervlaktetrillingen te bepalen. Door deze oppervlakte-atomen te modelleren als "harmonische oscillatoren, " ze vertoonden anti-symmetrie van protonen. Omdat de protonen identiek (of niet te onderscheiden) waren, het oscillatormodel beperkte hun mogelijke spintoestanden, met als gevolg een sterke verstrengeling. Vergeleken met de protonenverstrengeling in moleculaire waterstof, de verstrengeling herbergde een enorm energieverschil tussen de staten, om de levensduur en stabiliteit te garanderen. Aanvullend, de wetenschappers demonstreerden theoretisch een cascade-overgang van terahertz-verstrengelde fotonparen met behulp van de protonverstrengeling.

De samenvloeiing van protonqubits met hedendaagse siliciumtechnologie zou kunnen resulteren in een organische unie van klassieke en kwantumcomputerplatforms, waardoor een veel groter aantal qubits (10 ⁶ ) dan momenteel beschikbaar (10 ² ), en ultrasnelle verwerking voor nieuwe supercomputertoepassingen. "Quantumcomputers kunnen ingewikkelde problemen aan, zoals factorisatie van gehele getallen en het 'traveling salesman problem', ' die vrijwel onmogelijk op te lossen zijn met traditionele supercomputers. Dit zou een game-changer kunnen zijn in kwantumcomputing met betrekking tot opslag, verwerken, en gegevens overdragen, mogelijk zelfs leidend tot een paradigmaverschuiving in geneesmiddelen, dataveiligheid, en vele andere gebieden, " concludeert een optimistische Prof. Matsumoto.

We kunnen op het punt staan ​​getuige te zijn van een technologische revolutie in kwantumcomputing.