Ett av nyckelbegreppen inom kvantfysik är trassel, där två eller flera kvantsystem blir så oupplösligt sammanlänkade att deras kollektiva tillstånd inte kan bestämmas genom att observera varje element individuellt. Nu har Yale-forskare utvecklat en "universell entangler" som kan länka en mängd olika kodade partiklar på begäran.

Upptäckten representerar en kraftfull ny mekanism med potentiella användningsområden inom kvantberäkning, kryptografi, och kvantkommunikation. Forskningen leds av Yale-laboratoriet av Robert Schoelkopf och visas i tidskriften Natur .

Kvantberäkningar utförs med ömtåliga databitar som kallas qubits, som är benägna att göra fel. För att implementera trogen kvantberäkning, forskare säger, de behöver "logiska" qubits vars fel kan upptäckas och rättas till med hjälp av kvantfelkorrigeringskoder.

"Vi har visat ett nytt sätt att skapa portar mellan logiskt kodade qubits som så småningom kan felkorrigeras, "sa Schoelkopf, Sterling -professorn i tillämpad fysik och fysik vid Yale och chef för Yale Quantum Institute. "Det är en mycket mer sofistikerad operation än vad som har utförts tidigare."

Trasselmekanismen kallas en exponentiell-SWAP-grind. I studien, forskare demonstrerade den nya tekniken genom att deterministiskt sammanfoga kodade tillstånd i valda konfigurationer eller koder, var och en inrymd i två annars isolerade, 3-D supraledande mikrovågshålrum.

"Denna universella trasslare är avgörande för robust kvantberäkning, "sa Yvonne Gao, medförsta författare till studien. "Forskare har uppfunnit en mängd hårdvarueffektiva, kvantfelkorrigeringskoder - var och en smart utformad med unika egenskaper som kan utnyttjas för olika applikationer. Dock, var och en av dem kräver att man kopplar upp en ny uppsättning skräddarsydda operationer, introducerar en betydande hårdvarukostnad och minskad mångsidighet. "

Den universella entanglern mildrar denna begränsning genom att tillhandahålla en grind mellan alla önskade ingångstillstånd. "Vi kan nu välja önskade koder eller till och med ändra dem direkt utan att behöva koppla om operationen, säger den första författaren Brian Lester.

Upptäckten är bara det senaste steget i Yales kvantforskningsarbete. Yale-forskare ligger i framkant av ansträngningarna att utveckla de första fullt användbara kvantdatorerna och har gjort banbrytande arbete inom kvantberäkningar med supraledande kretsar.