I ett genombrott för kvantberäkning, Forskare vid University of Chicago har skickat intrasslade qubit -tillstånd via en kommunikationskabel som länkar en kvantnätverksnod till en andra nod.

Forskarna, baserad på Pritzker School of Molecular Engineering (PME) vid University of Chicago, förstärkte också ett intrasslat tillstånd via samma kabel först genom att använda kabeln för att trassla in två qubits i var och en av två noder, sedan intrasslar dessa qubits ytterligare med andra qubits i noderna.

Resultaten, publicerad 24 februari, 2021 tum Natur , skulle kunna bidra till att göra kvantberäkning mer genomförbar och kan lägga grunden för framtida kvantkommunikationsnätverk.

"Att utveckla metoder som tillåter oss att överföra intrasslade tillstånd kommer att vara avgörande för att skala kvantberäkningar, "sade professor Andrew Cleland, som ledde forskningen.

Skicka intrasslade fotoner genom ett nätverk

Qubits, eller kvantbitar, är de grundläggande enheterna för kvantinformation. Genom att utnyttja deras kvantegenskaper, som superposition, och deras förmåga att trasslas ihop, forskare och ingenjörer skapar nästa generations kvantdatorer som kommer att kunna lösa tidigare olösliga problem.

Cleland Lab använder supraledande qubits, små kryogena kretsar som kan manipuleras elektriskt.

För att skicka de intrasslade tillstånden genom kommunikationskabeln - en en meter lång supraledande kabel - skapade forskarna en experimentell uppsättning med tre supraledande qubits i var och en av två noder. De kopplade en qubit i varje nod till kabeln och skickade sedan kvanttillstånd, i form av mikrovågsfotoner, genom kabeln med minimal förlust av information. Kvanttillståndens bräckliga natur gör denna process ganska utmanande.

Clelands tidigare postdoktor, första författare Youpeng Zhong, kunde utveckla ett system där hela överföringsprocessen – nod till kabel till nod – tar bara några tiotals nanosekunder (en nanosekund är en miljarddels sekund). Det gjorde det möjligt för dem att skicka intrasslade kvanttillstånd med mycket liten informationsförlust.

Systemet tillät dem också att "förstärka" intrasslingen av qubits. Forskarna använde en qubit i varje nod och trasslade ihop dem genom att i huvudsak skicka en halvfoton genom kabeln. De utökade sedan denna intrassling till de andra qubitarna i varje nod. När de var klara, alla sex qubits i två noder var intrasslade i ett enda globalt intrasslat tillstånd.

Skapa en skalad, nätverksansluten kvantdator

I framtiden, kvantdatorer kommer sannolikt att byggas av moduler där familjer av intrasslade qubits utför en beräkning. Dessa datorer skulle i slutändan kunna byggas från många sådana nätverksmoduler, liknande hur superdatorer idag bedriver parallell beräkning på många centrala enheter kopplade till varandra. Möjligheten att fjärrtrassla qubits i olika moduler, eller noder, är ett betydande framsteg för att möjliggöra sådana modulära tillvägagångssätt.

"Dessa moduler kommer att behöva skicka komplexa kvanttillstånd till varandra, och det här är ett stort steg mot det, " sa Cleland. Ett kvantkommunikationsnätverk skulle också potentiellt kunna dra fördel av detta framsteg.

Cleland och hans grupp hoppas kunna utöka sitt system till tre noder för att bygga trevägsförveckling.

"Vi vill visa att supraledande qubits har en livskraftig roll framöver, " han sa.