I fisici hanno dimostrato sperimentalmente l'entanglement a 18 qubit, che è il più grande stato di entanglement raggiunto finora con il controllo individuale di ogni qubit. Poiché ogni qubit ha due possibili valori, i 18 qubit possono generare un totale di 2 ¹⁸ (o 262, 144) combinazioni di stati di uscita. Poiché l'informazione quantistica può essere codificata in questi stati, i risultati hanno potenziali applicazioni ovunque venga utilizzata l'elaborazione delle informazioni quantistiche.

I fisici, Xi-Lin Wang e coautori presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, hanno pubblicato un articolo sul nuovo record di entanglement in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"Il nostro articolo riporta un entanglement di 18 qubit che espande uno spazio di Hilbert effettivo a 262, 144 dimensioni (le più grandi finora) con il pieno controllo di tre gradi di libertà di sei singoli fotoni, compresi i loro percorsi, polarizzazione, e momento angolare orbitale, " ha detto il coautore Chao-Yang Lu dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina Phys.org . "Questo rappresenta il più grande entanglement finora. Intrappolare un numero sempre maggiore di qubit non solo è di fondamentale interesse (cioè, spingendo il limite fisico, se ce n'è uno, per esplorare il confine tra quantistica e classica, Per esempio). Ma anche, probabilmente più importante, impigliare un gran numero di qubit è il compito centrale nel calcolo quantistico".

In genere, ci sono due modi per aumentare il numero di qubit effettivi in ​​uno stato entangled:usare più particelle, o sfruttare i gradi di libertà aggiuntivi (DoF) delle particelle. Quando si sfruttano più DoF, l'entanglement è chiamato "iper-entanglement". Finora, alcuni dei più grandi stati entangled hanno incluso 14 ioni intrappolati con un singolo DoF, e cinque fotoni con due DoF (che equivale a un entanglement di 10 qubit).

Sebbene andare oltre due DoF presenti maggiori sfide tecnologiche, nel nuovo studio i fisici hanno sviluppato nuovi metodi per generare hyper-entanglement scalabili, producendo uno stato entangled di 18 qubit composto da sei fotoni con tre DoF.

"Controllare più DoF è complicato, come è necessario toccarne uno senza disturbare nessun altro, " Lu ha spiegato. "Per risolvere questo, sviluppiamo metodi per operazioni di logica quantistica reversibili tra le diverse DoF del fotone con precisione ed efficienza entrambe vicine all'unità. Riteniamo che il nostro lavoro crei una piattaforma nuova e versatile per l'elaborazione delle informazioni quantistiche multi-fotone con più DoF".

L'utilizzo di DoF aggiuntivi presenta diversi vantaggi. Per uno, sfruttando tre DoF invece di due raddoppia la capacità di trasporto delle informazioni di ciascun fotone da quattro a otto possibili stati di uscita. Inoltre, uno stato di 18 qubit iper-entangled che sfrutta tre DoF è di circa 13 ordini di grandezza più efficiente di uno stato di 18 qubit composto da 18 fotoni con un singolo DoF.

Con questi vantaggi, i fisici si aspettano che la capacità di raggiungere l'iperentanglement di 18 qubit porterà ad aree di ricerca senza precedenti, come realizzare sperimentalmente determinati codici per l'informatica quantistica, implementare il teletrasporto quantistico di stati quantistici ad alta dimensione, e consentire violazioni più estreme del realismo locale.

"Il nostro lavoro ha creato una nuova piattaforma per l'elaborazione delle informazioni quantistiche ottiche con più DoF, " ha detto Lu. "La capacità di controllare in modo coerente 18 qubit consente l'accesso sperimentale a regimi precedentemente inesplorati, Per esempio, la realizzazione del codice di superficie e del codice Raussendorf-Harrington-Goyal per la correzione degli errori quantistici, e il teletrasporto di tre DoF di un singolo fotone."

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