En av de väsentliga egenskaperna som krävs för att förverkliga en kvantdator är kvantinvikling. Ett team av fysiker från universitetet i Wien och den österrikiska vetenskapsakademin (ÖAW) introducerar en ny teknik för att upptäcka intrassling även i storskaliga kvantsystem med oöverträffad effektivitet. Detta för forskare ett steg närmare implementeringen av tillförlitlig kvantberäkning. De nya resultaten är av direkt relevans för framtida generationer av kvantanordningar och publiceras i det aktuella numret av tidskriften Naturfysik .

Kvantberäkning har uppmärksammat många forskare på grund av dess potential att överträffa kapaciteten hos standarddatorer för vissa uppgifter. För att förverkliga en kvantdator, en av de mest väsentliga egenskaperna är kvantinvikling. Detta beskriver en effekt där flera kvantpartiklar är sammankopplade på ett komplext sätt. Om en av de intrasslade partiklarna påverkas av en extern mätning, tillståndet för de andra intrasslade partiklarna förändras också, oavsett hur långt de är från varandra. Många forskare utvecklar nya tekniker för att verifiera förekomsten av denna väsentliga kvantfunktion i kvantsystem. Effektiva metoder har testats för system som endast innehåller några qubits, grundenheterna för kvantinformation. Dock, den fysiska implementeringen av en kvantdator skulle innebära mycket större kvantsystem. Än, med konventionella metoder, att verifiera intrassling i stora system blir utmanande och tidskrävande, eftersom många upprepade experimentella körningar krävs.

Bygga på ett nyligen teoretiskt schema, ett team av experimentella och teoretiska fysiker från universitetet i Wien och ÖAW under ledning av Philip Walther och Borivoje Dakić, tillsammans med kollegor från universitetet i Belgrad, framgångsrikt visat att trasselverifiering kan utföras på ett överraskande effektivt sätt och på mycket kort tid, vilket gör denna uppgift tillämplig även på stora kvantsystem. För att testa deras nya metod, de producerade experimentellt ett kvantsystem bestående av sex intrasslade fotoner. Resultaten visar att endast ett fåtal experimentella körningar är tillräckliga för att bekräfta förekomsten av intrassling med extremt högt förtroende, upp till 99,99 procent.

Den verifierade metoden kan förstås på ett ganska enkelt sätt. Efter att ett kvantsystem har genererats i laboratoriet, forskarna väljer noggrant specifika kvantmätningar som sedan appliceras på systemet. Resultaten av dessa mätningar leder till antingen att bekräfta eller förneka förekomsten av trassel. "Det liknar på något sätt att ställa vissa ja-nej-frågor till kvantsystemet och notera de givna svaren. De mer positiva svaren ges, desto större är sannolikheten för att systemet uppvisar trassel, "säger Valeria Saggio, första författare till publikationen i Naturfysik . Förvånande, mängden nödvändiga frågor och svar är extremt låg. Den nya tekniken visar sig vara storleksordningar effektivare jämfört med konventionella metoder.

Dessutom, i vissa fall är antalet frågor som till och med är oberoende av systemets storlek, vilket bekräftar kraften i den nya metoden för framtida kvantexperiment.

Även om den fysiska implementeringen av en kvantdator fortfarande står inför olika utmaningar, nya framsteg som effektiv trasselverifiering kan flytta fältet ett steg framåt, vilket bidrar till kvantteknikens framsteg.