Fysiker har experimentellt visat 18-qubit sammanfiltring, vilket är det största intrasslade tillståndet som har uppnåtts med individuell kontroll av varje qubit. Eftersom varje qubit har två möjliga värden, de 18 qubits kan generera totalt 2 ¹⁸ (eller 262, 144) kombinationer av utgångstillstånd. Eftersom kvantinformation kan kodas i dessa tillstånd, resultaten har potentiella tillämpningar överallt där kvantinformationsbehandling används.

Fysikerna, Xi-Lin Wang och medförfattare vid University of Science and Technology of China, har publicerat ett papper om det nya intrasslingsrekordet i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"Vårt papper rapporterar 18-qubit sammanfiltring som utökar ett effektivt Hilbert-utrymme till 262, 144 dimensioner (den största hittills) med full kontroll över tre frihetsgrader för sex individuella fotoner, inklusive deras vägar, polarisering, och orbitalt vinkelmoment, "berättade medförfattaren Chao-Yang Lu vid University of Science and Technology of China Phys.org . "Detta representerar den största intrasslingen hittills. Att trassla in ett allt större antal qubits är inte bara av grundläggande intresse (dvs. att skjuta den fysiska gränsen, om det finns en, för att utforska gränsen mellan kvant och klassisk, till exempel). Men också, förmodligen viktigare, att trassla ihop ett stort antal qubits är den centrala uppgiften i kvantberäkningen. "

Rent generellt, det finns två sätt att öka antalet effektiva qubits i ett intrasslat tillstånd:använd fler partiklar, eller utnyttja partiklarnas ytterligare frihetsgrader (DoF). När du utnyttjar flera DoFs, förträngningen kallas "hyperinvikling". Än så länge, några av de största intrasslade staterna har inkluderat 14 instängda joner med en enda DoF, och fem fotoner med två DoF:er (vilket motsvarar 10-qubit-intrassling).

Även om det går längre än två DoFs är det större tekniska utmaningar, i den nya studien utvecklade fysikerna nya metoder för att generera skalbar hyperinvikling, producerar ett 18-bitars intrasslat tillstånd tillverkat av sex fotoner med tre DoF:er.

"Det är svårt att kontrollera flera DoF:er, eftersom det är nödvändigt att röra vid en utan att störa någon annan, "Lu förklarade." För att lösa detta, vi utvecklar metoder för reversibla kvantlogikoperationer mellan fotonens olika DoF:er med precision och effektivitet både nära enhet. Vi tror att vårt arbete skapar en ny och mångsidig plattform för kvantinformationsbehandling med flera foton med flera DoF. "

Att använda ytterligare DoF har flera fördelar. För en, att utnyttja tre DoF istället för två fördubblar den informationsbärande kapaciteten för varje foton från fyra till åtta möjliga utgångstillstånd. Dessutom, ett hyperinviklat 18-qubit-tillstånd som utnyttjar tre DoF:er är ungefär 13 storleksordningar effektivare än ett 18-qubit-tillstånd som består av 18 fotoner med en enda DoF.

Med dessa fördelar, fysikerna förväntar sig att förmågan att uppnå 18-bitars hyperinvikling kommer att leda till tidigare oöverträffade forskningsområden, som att experimentellt förverkliga vissa koder för kvantberäkning, implementering av kvantteleportering av högdimensionella kvanttillstånd, och möjliggör mer extrema kränkningar av lokal realism.

"Vårt arbete har skapat en ny plattform för optisk kvantinformationsbehandling med flera DoF, "Lu sade." Möjligheten att koherent styra 18 qubits möjliggör experimentell åtkomst till tidigare outforskade regimer, till exempel, förverkligandet av ytkoden och Raussendorf-Harrington-Goyal-koden för kvantfelkorrigering, och teleportering av tre DoF:er för en enda foton. "

© 2018 Phys.org