_ Cercetătorii demonstrează starea multi-fotoni transfer între noduri supraconductoare la distanță

În ultimele decenii, fizicienii și inginerii cuantici au încercat să dezvolte sisteme de comunicații cuantice noi, fiabile. Aceste sisteme ar putea servi în cele din urmă ca un banc de testare pentru evaluarea și avansarea protocoalelor de comunicare.

Cercetătorii de la Universitatea din Chicago au introdus recent un nou banc de testare de comunicare cuantică cu noduri supraconductoare la distanță și au demonstrat comunicarea multifotoni bidirecțională pe acest banc de testare. Lucrarea lor, publicată în Physical Review Letters, ar putea deschide o nouă cale către realizarea comunicării eficiente a stărilor cuantice complexe în circuite supraconductoare.

„Dezvoltăm qubiți supraconductori pentru calculul cuantic modular și ca banc de testare a comunicațiilor cuantice. ”, a declarat Andrew Cleland, coautor al lucrării, pentru Phys.org. „Ambele se bazează pe capacitatea de a comunica stările cuantice în mod coerent între „nodurile” qubit care sunt conectate între ele printr-o rețea de comunicații rară, de obicei o singură linie de transmisie fizică.”

Studiul recent al cercetătorilor se bazează pe două lucrări de cercetare anterioare publicate în Nature Physics and Nature. În aceste lucrări anterioare, echipa a demonstrat că pot genera întanglement la distanță și pot trimite stări cuantice complexe, din urmă, câte un qubit la un moment dat.

„În noul nostru studiu, am vrut să încercăm să trimitem stări complexe. stări cuantice reprezentând mai mulți qubiți în același timp”, a spus Cleland. „Pentru a face acest lucru, am încărcat starea cuantică pentru a fi trimisă într-un rezonator și apoi am trimis întreaga stare a rezonatorului în linia de transmisie, prinzând-o cu un rezonator de la distanță pentru analiza ulterioară.”

Rezonatoare, dispozitive care prezintă rezonanță electrică, au un număr infinit infinit de nivele cuantice. Ca rezultat, ele sunt teoretic capabile să stocheze stări foarte complexe care codifică mai mulți qubiți de date. Datorită acestor caracteristici avantajoase, utilizarea rezonatoarelor pentru a trimite și a primi date ar putea crește lățimea de bandă disponibilă.

În experimentul lor, Cleland și colegii săi au folosit doi qubiți supraconductori, fiecare dintre care era conectat la un rezonator supraconductor reglabil. Fiecare dintre aceste rezonatoare a fost, la rândul său, conectat la o linie de transmisie de 2 m lungime printr-un dispozitiv cunoscut sub numele de cuplaj variabil.

„Folosim un qubit supraconductor pentru a „programa” în diferite stări cuantice pentru însoțitorul său. rezonator, folosind metode pe care le-am stabilit cu mulți ani în urmă", a spus Cleland.

"Apoi pornim cuplarea rezonatorului la linia de transmisie, eliberând starea cuantică (posibil complexă) de la rezonator în linie de transmisie, unde este transmisă ca un set (posibil complex) de fotoni mobili încâlciți. Aceștia sunt apoi „prinși” de celălalt rezonator folosind inversul procesului de eliberare și folosim qubit-ul acelui rezonator pentru a analiza starea recepționată. sistemul poate transmite în ambele direcții la fel de bine (deci „bidirecțional”).”

Designul implementat de cercetători le-a permis să realizeze transmisia bidirecțională a fotonilor cu o singură frecvență de microunde, precum și transmiterea simultană a unui starea Fock cu doi fotoni |2> într-o direcție cu transmiterea unei stări Fock cu un foton |1> în cealaltă direcție, precum și transmisia (separată) a stărilor Fock fotonice suprapuse |0>+|1> și |0>+|2>.

„Am arătat apoi generarea așa-numitelor stări N00N, reprezentând încurcarea dintre cele două rezonatoare, realizând în final mai întâi generarea stării încurcate |10>+|01 > cu un foton „împărtășit” între cele două rezonatoare, apoi generarea stării |20>+|02>, cu doi fotoni „împărțiți” în același mod”, a spus Cleland.

„În general, munca noastră demonstrează o cale fezabilă către o comunicare foarte eficientă a unor stări cuantice mai complexe decât doar fotoni unici între două noduri.”

Noul banc de testare a comunicațiilor cuantice introdus de Cleland și colegii săi ar putea deschide în curând calea către lucrări și progrese ulterioare. În primul rând, ar putea fi folosit pentru a realiza calculul distribuit, în care fiecare nod dintr-un circuit efectuează calcule și comunică eficient rezultatele unui alt nod. În plus, ar putea fi folosit pentru a demonstra sisteme în care două noduri împărtășesc o stare complexă și fiecare efectuează manipulări distincte asupra acestei stări.

„Platforma noastră ar putea fi folosită și pentru comunicarea cuantică, unde, de exemplu, , informații cuantice codificate de o anumită complexitate ar putea fi transmise într-un singur transfer", a adăugat Cleland.

"Lucrăm acum la o serie de aspecte diferite ale acestui experiment; de exemplu, intenționăm să creștem numărul de noduri (care au fost două în experimentul nostru recent), crescând fidelitatea procesului și explorând ceea ce este posibil dacă avem mai multe canale de comunicare în paralel.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)