Forskere fra Arizona State University og Zhejiang University i Kina, sammen med to teoretikere fra Storbritannia, har for første gang vært i stand til å demonstrere at et stort antall kvantebiter, eller qubits, kan stilles inn til å samhandle med hverandre samtidig som man opprettholder sammenhengen. i enestående lang tid, i en programmerbar, solid state superledende prosessor.
Tidligere var dette kun mulig i Rydberg-atomsystemer.
I et papir som ble publisert torsdag 13. oktober i Nature Physics, ASU Regents Professor Ying-Cheng Lai, har hans tidligere ASU doktorgradsstudent Lei Ying og eksperimentalist Haohua Wang, begge professorer ved Zhejiang University i Kina, demonstrert et “første blikk” på fremveksten av kvante-mangekroppsarrdannelse (QMBS) som en robust mekanisme for å opprettholde koherens mellom interaksjoner qubits. Slike eksotiske kvantetilstander tilbyr den tiltalende muligheten for å realisere omfattende flerpartssammenfiltring for en rekke applikasjoner innen kvanteinformasjonsvitenskap og -teknologi for å oppnå høy prosesseringshastighet og lavt strømforbruk.
“QMBS-stater har den iboende og generiske evnen til flerpartssammenfiltring, noe som gjør dem ekstremt attraktive for applikasjoner som kvantesansing og metrologi,” sa Ying.
Klassisk, eller binær, databehandling er avhengig av transistorer – som bare kan representere “1” eller “0” på en enkelt gang. I kvanteberegning kan qubits representere både 0 og 1 samtidig, noe som kan eksponentielt akselerere databehandlingsprosesser.
“I kvanteinformasjonsvitenskap og -teknologi er det ofte nødvendig å sette sammen et stort antall grunnleggende informasjonsbehandlingsenheter – qubits – sammen,” sa Lai. “For applikasjoner som kvanteberegning er det viktig å opprettholde en høy grad av sammenheng eller kvantesammenfiltring mellom qubitene.
“Men de uunngåelige interaksjonene mellom qubitene og miljøstøy kan ødelegge sammenhengen på veldig kort tid – innen omtrent 10 nanosekunder. Dette er fordi mange interagerende qubits utgjør et system med mange kropper.”
Eksperimentell oppsett og identifikasjon av QMBS-tilstander via kvantetilstandstomografi. Foto med tillatelse av Arizona State University, Zhejiang University
Nøkkelen til forskningen er innsikt om å forsinke termalisering for å opprettholde koherens, ansett som et kritisk forskningsmål innen kvanteberegning.
“Fra grunnleggende fysikk vet vi at i et system med mange samvirkende partikler, for eksempel molekyler i et lukket volum, vil termaliseringsprosessen oppstå. Kryptering mellom mange qubits vil alltid resultere i kvantetermalisering – prosessen beskrevet av den såkalte eigenstate termaliseringshypotesen, som vil ødelegge sammenhengen mellom qubitene,» sa Lai.
I følge Lai vil funnene som beveger kvanteberegningen fremover ha applikasjoner innen kryptologi, sikker kommunikasjon og cybersikkerhet, blant andre teknologier.
Samarbeidspartnere fra School of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds, Storbritannia, inkluderer Jean-Yves Desaules og Zlatko Papić. Hekang Li fabrikerte enheten ved Zhejiang University. Andre samarbeidspartnere fra Zhejiang University, Hangzhou, Kina, inkluderer Pengfei Zhang, Hang Dong, Jiachen Chen, Jinfeng Deng, Bobo Liu, Wenhui Ren, Yunyan Yao, Xu Zhang, Shibo Xu, Ke Wang, Feitong Jin, Xuhao Zhu og Chao Song. Ytterligere bidragsytere inkluderer Liangtian Zhao og Jie Hao fra Institute of Automation, kinesisk Academy of Sciences, Beijing, Kina, og Fangli Liu fra QuEra Computing, Boston.
Toppbilde med tillatelse fra Pixabay
