Kvantminnen är enheter som kan lagra kvantinformation för en senare tid, som vanligtvis implementeras genom att lagra och återutsända fotoner med vissa kvanttillstånd. Men ofta är det svårt att avgöra om ett minne lagrar kvantinformation eller bara klassisk information. I ett nytt papper, fysiker har utvecklat ett nytt test för att verifiera kvantminnenas kvantnatur.

Forskarna, Denis Rosset, Francesco Buscemi, och Yeong-Cherng Liang, har publicerat en artikel om kvantminnestestet i ett nyligen utgåva av Fysisk granskning X .

"Kvantminnen är oumbärliga komponenter i långväga kvantkommunikationsnätverk och potentiellt även i en fullskalig kvantdator, "Liang, en fysiker vid National Cheng Kung University i Taiwan, berättade Phys.org . "För att dessa komponenter ska tjäna sitt syfte, det är viktigt att de kan bevara, åtminstone, kvantintrånget mellan vissa ingångar till minnet och vilka andra delar som inte kom in i minnet. Vårt arbete uppnår den rätta balansen när det gäller att certifiera alla enheter som har denna förmåga samtidigt som de gör minimala antaganden."

Som forskarna förklarar, kvantintrasslingen mellan systemet som är lagrat i minnet och eventuella fjärrsystem som inte finns i minnet måste bibehållas under hela lagringstiden. Om denna förveckling bryts någon gång, då fungerar enheten inte längre som ett kvantminne utan snarare som en "trasslingsbrytande kanal" och kan som ett resultat sända endast klassisk information.

Även om det för närvarande finns tester som kan verifiera ett kvantminnes kvantminne, dessa tester har vissa begränsningar. För en, de kräver att försöksledaren litar på att mätnings- och tillståndsberedningsanordningarna som används av kvantminnet är korrekta. Av denna anledning, dessa tester kallas enhetsberoende protokoll. Dock, ett test som inte gör några antaganden kan inte vara "trogen, " vilket betyder att det kan förbise några äkta kvantminnen. Detta beror på att dessa metoder testar för brott mot en Bell-ojämlikhet som verifiering av intrassling, vilket är tillräckligt men inte nödvändigt, eftersom vissa genuint kvantkanaler inte bryter mot Bells ojämlikheter och därför inte skulle klara detta test.

Även om det skulle vara idealiskt att designa ett test som är helt enhetsoberoende, forskarna förklarar att det inte är möjligt att testa ett enda minne på detta sätt, även i princip, på grund av behovet av att testa kvantminnet vid två olika tidpunkter. Dock, deras nya test är mätenhetsoberoende, vilket innebär att det fortfarande kräver att tillståndsberedningsanordningen är pålitlig, men inga antaganden behöver göras beträffande mätanordningen. Det nya testet är också troget, vilket betyder att den korrekt kan identifiera alla kvantminnen som fungerar som icke-trasslingsbrytande kvantkanaler.

Det nya testet använder ett semikvantumramverk som är mycket likt det som används i vissa test av intrassling i kvanttillstånd, där förvecklingen hänvisar till korrelationer i rymden, i motsats till den tidsliknande förvecklingen i kvantminnen. Konventionella protokoll för testning av mellanrumsliknande korrelationer använder ofta två tecken, Alice som avsändare och Bob som mottagare av kvanttillstånd. Men eftersom kvantminnen involverar tidsliknande korrelationer, protokollet behöver bara ett enda tecken, som forskarna kallar Abby, att fungera som både avsändare och mottagare vid olika tidpunkter. I det test som föreslås i den nya studien, genom att jämföra de relativa frekvenserna för signalerna som Abby skickar och tar emot, det är möjligt att uppskatta den tidsliknande intrasslingen och därför intyga att ett kvantminne kan lagra kvantinformation.

Forskarna visade att det nya testet är robust mot buller och förluster, och de förväntar sig att det ska vara möjligt att experimentellt utföra testet med nuvarande teknik. Testet skulle då ge ett mycket användbart verktyg för den framtida utvecklingen av kvantminnen.

"I utvecklingen av nya kvantteknologier, det är avgörande att det finns ett tillförlitligt sätt att jämföra relevanta komponenter och se till att de fungerar som förväntat, ", sa Liang. "Våra resultat ger ett sätt att certifiera en av de viktigaste egenskaperna hos dessa komponenter samtidigt som vi ser till att vi inte gör fler antaganden än nödvändigt. Med dessa tester, vi hoppas att det förenklar kvalitetskontrollprocedurerna för kvantenheter utan att falla i fällan att göra oförsvarliga antaganden."

© 2018 Phys.org