Свет, используемый для обнаружения квантовой информации, хранящейся в 100000 ядерных квантовых битах

Исследователи нашли способ использовать свет и отдельный электрон для связи с облаком квантовых битов и ощущать их поведение, что позволило обнаружить единственный квантовый бит в плотном облаке.


Исследователи из Кембриджского университета смогли воткнуть «иглу» очень хрупкой квантовой информации в «стог сена» из 100 000 ядер. Используя лазеры для управления электроном, исследователи могли затем использовать этот электрон для управления поведением стога сена, что упростило поиск иглы. Они смогли обнаружить «иглу» с точностью до 1,9 миллионных долей: достаточно высокой, чтобы обнаружить единственный квантовый бит в этом большом ансамбле.

Этот метод позволяет оптически отправлять очень хрупкую квантовую информацию в ядерную систему для хранения и проверять ее отпечаток с минимальными помехами, что является важным шагом в развитии квантового Интернета, основанного на квантовых источниках света. Результаты сообщаются в журнале. Природа Физика.

Первые квантовые компьютеры, которые будут использовать странное поведение субатомных частиц, чтобы намного превзойти даже самые мощные суперкомпьютеры, уже не за горами. Однако для полного использования их потенциала потребуется способ объединения их в сеть: квантовый Интернет. Каналы света, передающие квантовую информацию, являются многообещающими кандидатами для квантового Интернета, и в настоящее время нет лучшего квантового источника света, чем полупроводниковая квантовая точка: крошечные кристаллы, которые по сути являются искусственными атомами.

Однако на пути квантовых точек и квантового Интернета стоит одна вещь: возможность временно хранить квантовую информацию на промежуточных постах в сети.

«Решение этой проблемы состоит в том, чтобы хранить хрупкую квантовую информацию, спрятав ее в облаке из 100 000 атомных ядер, которое каждая квантовая точка содержит, как иголку в стоге сена», – сказал профессор Мете Ататюр из Кэвендишской лаборатории Кембриджа, руководивший исследованием. . «Но если мы попытаемся взаимодействовать с этими ядрами, как с битами, они имеют тенденцию« переворачиваться »случайным образом, создавая зашумленную систему».

Облако квантовых битов, содержащееся в квантовой точке, обычно не действует в коллективном состоянии, что затрудняет получение информации в них или из них. Однако Ататюр и его коллеги показали в 2019 году, что при охлаждении до сверхнизких температур, в том числе с использованием света, эти ядра можно заставить совершать «квантовые танцы» в унисон, что значительно снижает уровень шума в системе.

Теперь они продемонстрировали еще один фундаментальный шаг к хранению и извлечению квантовой информации в ядрах. Управляя коллективным состоянием 100000 ядер, они смогли обнаружить существование квантовой информации как “ перевернутый квантовый бит ” со сверхвысокой точностью 1,9 частей на миллион: достаточно, чтобы увидеть перевернутый бит в облаке. ядер.

«Технически это чрезвычайно сложно», – сказал Ататюр, который также является научным сотрудником Колледжа Святого Иоанна. «У нас нет способа« разговаривать »с облаком, и у облака нет способа разговаривать с нами. Но то, с чем мы можем разговаривать, – это электрон: мы можем общаться с ним как с собакой, которая стада овец “.