Et skridt tættere på kompleks quantum teleportation

 

Den eksperimentelle beherskelse af komplekse kvantesystemer er nødvendig for fremtidige teknologier som kvantecomputere og kvantekryptering. Forskere fra universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi har fået et lille gennembrud. De forsøgte at anvende mere komplekse kvantesystemer end todimensionelt indviklede qubits og kan således øge informationskapaciteten med det samme antal partikler. De udviklede metoder og teknologier kunne i fremtiden gøre det muligt at teleportere komplekse kvantesystemer. Resultaterne af deres arbejde, “Experimental Greenberger-Horne-Zeilinger-entanglement  beyond qubits”, offentliggøres for nylig i den berømte journal Nature Photonics .

Ligesom bits i konventionelle computere er qubits den mindste enhed af  i  . Store virksomheder som Google og IBM konkurrerer med forskningsinstitutter over hele verden for at producere et stigende antal indviklede qubits og udvikle en fungerende kvantecomputer. Men en forskergruppe ved universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi forfølger en ny vej for at øge informationskapaciteten for komplekse kvantesystemer.

Ideen bag det er simpel: I stedet for blot at øge antallet af involverede partikler øges kompleksiteten af hvert  . “Det særlige ved vores eksperiment er, at det for første gang trænger sammen tre fotoner ud over den konventionelle todimensionale natur”, forklarer Manuel Erhard, første forfatter af undersøgelsen. Til dette formål brugte de wienske fysikere kvantesystemer med mere end to mulige tilstande – i dette særlige tilfælde, vinkelmomentet for individuelle lyspartikler. Disse individuelle fotoner har nu en højere end qubits. Imidlertid viste entanglementet af disse lyspartikler sig at være vanskeligt på et konceptmæssigt niveau. Forskerne overvinder denne udfordring med en banebrydende ide: En computeralgoritme, der selvstændigt søger efter en eksperimentel implementering.

Ved hjælp af en  kaldet Melvin fandt forskerne en eksperimentel opsætning for at producere denne type indmad. I starten var det meget komplekst, men det fungerede i princippet. Efter nogle forenklinger stod fysikerne stadig over for store teknologiske udfordringer. Holdet kunne løse disse med state-of-the-art laserteknologi og en specialudviklet multi-port. “Denne multi-port er hjertet af vores eksperiment, og kombinerer de tre fotoner, så de er indviklet i tre dimensioner,” forklarer Manuel Erhard.

Den egenartede egenskab ved tre-foton-entanglement i tre dimensioner giver mulighed for eksperimentel undersøgelse af nye grundlæggende spørgsmål om kvantesystemers adfærd. Desuden kan resultaterne af dette arbejde også have en betydelig indvirkning på fremtidige teknologier, såsom kvanteteleportation. “Jeg tror, at de metoder og teknologier, vi udviklede i denne publikation, tillader os at teleportere en højere andel af den samlede kvanteinformation af en enkelt foton, hvilket kunne være vigtigt for  ,” siger Anton Zeilinger.

 

Flere oplysninger: Manuel Erhard et al., Eksperimentel Greenberger-Horne-Zeilinger entanglement ud over qubits, Nature Photonics (2018). DOI: 10,1038 / s41566-018-0257-6

 

Share: