Uno dei concetti chiave della fisica quantistica è l'entanglement, in cui due o più sistemi quantistici diventano così inestricabilmente collegati che il loro stato collettivo non può essere determinato osservando ciascun elemento individualmente. Ora i ricercatori di Yale hanno sviluppato un "entangler universale" che può collegare una varietà di particelle codificate su richiesta.

La scoperta rappresenta un nuovo potente meccanismo con potenziali usi nell'informatica quantistica, crittografia, e comunicazioni quantistiche. La ricerca è condotta dal laboratorio di Yale di Robert Schoelkopf e compare sulla rivista Natura .

I calcoli quantistici vengono eseguiti con delicati bit di dati chiamati qubit, che sono soggetti a errori. Per implementare un calcolo quantistico fedele, gli scienziati dicono, hanno bisogno di qubit "logici" i cui errori possono essere rilevati e corretti utilizzando codici di correzione degli errori quantistici.

"Abbiamo mostrato un nuovo modo di creare porte tra qubit codificati logicamente che possono eventualmente essere corretti per errori, " ha detto Schoelkopf, lo Sterling Professor di Fisica Applicata e Fisica a Yale e direttore dello Yale Quantum Institute. "È un'operazione molto più sofisticata di quella che è stata eseguita in precedenza".

Il meccanismo di entanglement è chiamato porta esponenziale-SWAP. Nello studio, i ricercatori hanno dimostrato la nuova tecnologia impigliando deterministicamente gli stati codificati in qualsiasi configurazione o codice scelto, ciascuno alloggiato in due altrimenti isolati, Cavità a microonde superconduttrici 3-D.

"Questo entangler universale è fondamentale per il calcolo quantistico robusto, " disse Yvonne Gao, co-primo autore dello studio. "Gli scienziati hanno inventato una vasta gamma di hardware efficienti, codici di correzione degli errori quantistici, ognuno progettato in modo intelligente con caratteristiche uniche che possono essere sfruttate per diverse applicazioni. Però, ciascuno di essi richiede il cablaggio di una nuova serie di operazioni su misura, introducendo un notevole sovraccarico hardware e ridotta versatilità."

L'entangler universale mitiga questa limitazione fornendo una porta tra tutti gli stati di input desiderati. "Ora possiamo scegliere tutti i codici desiderati o addirittura cambiarli al volo senza dover ricablare l'operazione, ", ha detto il co-primo autore Brian Lester.

La scoperta è solo l'ultimo passo nel lavoro di ricerca quantistica di Yale. Gli scienziati di Yale sono in prima linea negli sforzi per sviluppare i primi computer quantistici completamente utili e hanno svolto un lavoro pionieristico nell'informatica quantistica con circuiti superconduttori.