Een theoretische studie toont aan dat langeafstandsverstrengeling inderdaad kan overleven bij temperaturen boven het absolute nulpunt, als aan de juiste voorwaarden wordt voldaan.

Quantum computing is geoormerkt als de volgende revolutionaire stap in computing. De huidige systemen zijn echter alleen praktisch stabiel bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Een nieuwe stelling van een Japanse onderzoekssamenwerking geeft inzicht in welke soorten lange-afstands kwantumverstrengeling overleven bij temperaturen die niet onder nul zijn, onthult een fundamenteel aspect van macroscopische kwantumfenomenen en wijst de weg naar verder begrip van kwantumsystemen.

Wanneer dingen klein worden, tot op de schaal van een duizendste van de breedte van een mensenhaar, worden de wetten van de klassieke fysica vervangen door die van de kwantumfysica. De kwantumwereld is raar en wonderbaarlijk, en er is veel dat wetenschappers nog moeten begrijpen. Grootschalige of "macroscopische" kwantumeffecten spelen een sleutelrol bij buitengewone fenomenen zoals supergeleiding, wat een potentiële gamechanger is in toekomstig energietransport, evenals voor de verdere ontwikkeling van kwantumcomputers.

Het is mogelijk om "kwantumheid" op deze schaal in bepaalde systemen waar te nemen en te meten met behulp van lange-afstands kwantumverstrengeling. Kwantumverstrengeling, die Albert Einstein ooit beschreef als 'spookachtige actie op afstand', treedt op wanneer een groep deeltjes niet onafhankelijk van elkaar kan worden beschreven. Dit betekent dat hun eigenschappen met elkaar verbonden zijn:als je één deeltje volledig kunt beschrijven, weet je ook alles over de deeltjes waarmee het verstrengeld is.

Verstrengeling op lange afstand staat centraal in de kwantuminformatietheorie en een beter begrip ervan zou kunnen leiden tot een doorbraak in kwantumcomputertechnologieën. Kwantumverstrengeling op lange afstand is echter stabiel onder specifieke omstandigheden, zoals tussen drie of meer partijen en bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Wat gebeurt er met twee partijen verstrengelde systemen bij temperaturen niet onder nul? Om deze vraag te beantwoorden, hebben onderzoekers van het RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, Tokyo, en de Keio University, Yokohama, onlangs een theoretische studie gepresenteerd in Physical Review X beschrijft langeafstandsverstrengeling bij temperaturen boven het absolute nulpunt in bipartiete systemen.

"Het doel van onze studie was om een ​​beperking te identificeren in de structuur van verstrengeling op lange afstand bij willekeurige temperaturen onder nul", legt RIKEN Hakubi-teamleider Tomotaka Kuwahara uit, een van de auteurs van de studie, die het onderzoek uitvoerde tijdens de RIKEN Centrum voor Geavanceerde Intelligentie Project. "We bieden eenvoudige no-go-stellingen die laten zien welke soorten verstrengeling op lange afstand kunnen overleven bij temperaturen boven het absolute nulpunt. Bij temperaturen boven het absolute nulpunt trillen en bewegen deeltjes in een materiaal als gevolg van thermische energie, die werkt tegen kwantumverstrengeling. Bij willekeurige temperaturen die niet onder nul liggen, kan er geen lange-afstandsverstrengeling bestaan ​​tussen slechts twee subsystemen."

De bevindingen van de onderzoekers komen overeen met eerdere waarnemingen dat verstrengeling op lange afstand alleen overleeft bij een temperatuur die niet nul is als er meer dan drie subsystemen bij betrokken zijn. De resultaten suggereren dat dit een fundamenteel aspect is van macroscopische kwantumverschijnselen bij kamertemperatuur, en dat kwantumapparaten moeten worden ontworpen om meerdelige verstrengelde toestanden te hebben.

"Dit resultaat heeft de deur geopend naar een dieper begrip van kwantumverstrengeling over grote afstanden, dus dit is nog maar het begin", zegt professor Keijo Saito van de Keio University, de co-auteur van het onderzoek. "We willen ons begrip van de relatie tussen kwantumverstrengeling en temperatuur in de toekomst verdiepen. Deze kennis zal de ontwikkeling van toekomstige kwantumapparaten die bij kamertemperatuur werken, stimuleren en stimuleren, waardoor ze praktisch worden."

Terwijl kwantumapparaten die werken bij stabiele kamertemperatuur nog in de kinderschoenen staan, lijkt kwantumverstrengeling de toekomst van dit veld te "binden". + Verder verkennen

Het beste van twee werelden:klassieke en kwantumsystemen combineren om aan de eisen van supercomputers te voldoen