_ Generarea stărilor grafice ale ansamblurilor atomice prin întanglementare mediată de fotoni

Starile grafice, o clasă de stări cuantice încurcate care pot fi reprezentate prin grafice, au constituit subiectul a numeroase studii recente de fizică, datorită proprietăților lor intrigante. Aceste proprietăți unice le-ar putea face deosebit de promițătoare pentru aplicațiile de calcul cuantic, precum și pentru o gamă mai largă de tehnologii cuantice.

Într-o stare de graf canonică, fiecare vârf al unui graf reprezintă un qubit individual (bit cuantic). în timp ce încrucișarea dintre acești qubiți este reprezentată ca muchiile graficului. Conceptul a fost, de asemenea, generalizat la stări în care informațiile cuantice sunt stocate nu în qubiți individuali, ci în variabile continue, cum ar fi amplitudinea și faza luminii.

În timp ce stările grafice au arătat potențialul de a îmbunătăți unele procesări de informații cuantice și instrumente de măsurare bazate pe cuantice, generarea acestora pentru grafice arbitrare este o provocare, deoarece necesită un nivel ridicat de control asupra interacțiunilor care generează încurcarea.

Cercetătorii de la Universitatea Stanford și Laboratorul național de accelerare SLAC demonstrează generarea. a stărilor de graf cu variabilă continuă ale ansamblurilor de spin atomic, formând vârfurile unui graf. Lucrarea lor, publicată în Nature Physics, deschide noi oportunități pentru utilizarea acestor stări pentru a realiza noi sisteme de calcul cuantic și metrologie.

„Lucrarea noastră recentă se încadrează într-un efort amplu de a proiecta stări cuantice încurcate, în care informația este codificată nelocal în corelațiile dintre două sau mai multe particule”, a declarat Monika Schleier-Smith, autor principal al lucrării, pentru Phys.org. „Aceste corelații cuantice sunt resursa esențială pentru tehnologiile cuantice preconizate, de la calculatoare cuantice la senzori ultrapreciși.”

Pentru a fi implementate cu succes în setările din lumea reală, atât calculatoare cuantice, cât și măsurători cuantice ultra-precise îmbunătățite. instrumentele ar trebui să fie atât scalabile, cât și ușor programabile. Cu alte cuvinte, ar trebui să poată susține încurcarea nu doar între doi, ci mai mulți atomi și ar trebui să permită cercetătorilor să controleze corelațiile din sistem.

Obiectivul principal al studiului recent realizat de Schleier-Smith, absolventul ei. studentul Eric Cooper și colegii lor urmau să dezvolte o metodă de a încurca atomii care este atât scalabilă, cât și programabilă. Metoda dezvoltată de ei implică utilizarea tehnologiei laser pentru a controla încurcarea dintre atomi din două sau mai multe subsisteme.

„Tehnica experimentală principală folosită în laboratorul meu este manipularea atomilor cu lumină laser”, a spus Schleier-Smith. . „În primul rând, folosim lumina laser pentru a răci atomii la temperaturi aproape de zero absolut și pentru a forma pensete optice în care acești atomi sunt prinși în focarul unui fascicul laser.”

Cercetătorii au folosit patru pensete optice pentru a poziționați patru nori de atomi între o pereche de oglinzi, formând ceea ce este cunoscut sub numele de rezonator optic. Aceasta este, în esență, o „cutie” care stochează fotoni, permițându-le să sară în mod repetat înainte și înapoi între cele două oglinzi.

„Cred că lumina din interiorul rezonatorului acționează ca un mesager care aleargă înainte și înapoi. între atomi și transmite informații între ei, dar, important, o face în secret, fără a împărtăși informațiile cu lumea exterioară”, a explicat Schleier-Smith. „Această partajare discretă a informațiilor între norii de atomi le permite să se încurce.”

Folosind metoda lor experimentală, cercetătorii au reușit să creeze eficient o stare de grafic pătrat cu patru moduri. Abordarea lor demonstrată promite astfel a fi atât o soluție scalabilă, cât și eficientă pentru programarea încurcăturii dintre nodurile cuantice și generarea stărilor de graf.

„În mod naiv, s-ar putea aștepta să fie nevoie de un control independent al interacțiunilor dintre fiecare pereche de noduri din rețea pentru a avea control deplin asupra structurii corelațiilor cuantice”, a spus Schleier-Smith.

„Ar fi ca și cum ar fi ca doi oameni dintr-o rețea socială să poată trimite mesaje directe unul altuia. Cu toate acestea, am aflat că o clasă foarte largă de stări încurcate poate fi pregătită folosind doar interacțiuni globale, cum ar fi difuzarea unui mesaj către toată lumea. în rețeaua socială – plus un ingredient adăugat de control local al nodurilor individuale.”

Studiul recent realizat de Schleier-Smith și grupul ei de cercetare ar putea deschide calea către utilizarea pe scară largă a stărilor grafice pentru calculul cuantic și metrologia cuantică. În viitor, metoda lor ar putea fi folosită pentru a pregăti stări încurcate pentru aplicații specifice, variind de la corecția erorilor cuantice până la detecția îmbunătățită cuantic.

„Pe termen scurt, explorăm aplicații la detecția îmbunătățită cuantic. și imagistica - de exemplu, cum proiectăm stări cuantice care sunt optimizate pentru recunoașterea anumitor modele spațiale în câmpurile magnetice sau optice?" Schleier-Smith a adăugat.

„Pe termen lung, sperăm să extindem metoda noastră de proiectare a stărilor grafice încurcate la rețele de atomi prinși individual care servesc drept qubiți pentru calculul cuantic. Acest lucru necesită progrese în proiectarea rezonator pentru a spori puterea interacțiunilor atom-lumină.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)