Одним з ключових понять у квантовій фізиці є заплутаність, в якій дві або більше квантових систем стають настільки нерозривно пов'язаними, що їх колективний стан не може бути визначено шляхом спостереження кожного елемента окремо. Тепер дослідники Єльського університету розробили «універсальний заплутувач», який може пов'язувати різні закодовані частинки на вимогу.
Відкриття являє собою потужний новий механізм з потенційним використанням у квантових обчисленнях, криптографії та квантових комунікаціях. Дослідження ведеться Єльською лабораторією Роберта Шоелкопфа і публікується в журналі Nature.
Квантові обчислення виконуються за допомогою квантових бітів даних, званих кубітами, які схильні до помилок. Вчені кажуть, що для реалізації точних квантових обчислень їм потрібні «логічні» кубіти, помилки яких можна виявити і виправити за допомогою кодів квантової корекції помилок.
«Ми показали новий спосіб створення шлюзів між логічно кодованими кубітами, які в кінцевому підсумку можуть бути виправлені від помилок», - сказав Шоелкопф, професор прикладної фізики в Єльському університеті і директор Єльського квантового інституту. «Це набагато складніша операція, ніж все те, що було виконано раніше».
Механізм заплутування називається шлюзом експоненціального свопу. У дослідженні вчені продемонстрували нову технологію, детерміністично заплутуючи закодовані стани в будь-яких обраних конфігураціях або кодах, кожен з яких розміщений у двох окремо ізольованих тривимірних надпровідних мікрохвильових порожнинах.
«Цей універсальний заплутувач має вирішальне значення для надійних квантових обчислень» - сказав Івонн Гао, один з авторів дослідження. "Вчені винайшли безліч апаратно-ефективних, квантових кодів з виправленням помилок - кожен з яких продумано розроблений з унікальними характеристиками, які можна використовувати для різних додатків. Однак кожен з них вимагає підключення нового набору спеціалізованих операцій, вводячи значне апаратне забезпечення накладні витрати і зниження універсальності.
Універсальний заплутувач прибирає це обмеження, забезпечуючи затвор між будь-якими бажаними вхідними станами. «Тепер ми можемо вибирати будь-які бажані коди або навіть міняти їх на льоту» - кажуть дослідники.