Attraverso misurazioni scelte a caso, I fisici austriaci possono ora determinare l'entanglement quantistico di sistemi a molte particelle. Con il metodo di nuova concezione, le simulazioni quantistiche possono essere estese a un numero maggiore di particelle quantistiche. In Scienza , fisici di Innsbruck, Austria, relazione sulla prima dimostrazione di successo di questo metodo.

I fenomeni quantistici sono sperimentalmente difficili da affrontare. Lo sforzo aumenta notevolmente con le dimensioni del sistema. Gli scienziati possono controllare piccoli sistemi quantistici e studiare le proprietà quantistiche. Tali simulazioni quantistiche sono considerate promettenti applicazioni iniziali delle tecnologie quantistiche che potrebbero risolvere problemi in cui le simulazioni su computer convenzionali falliscono. Però, i sistemi quantistici usati come simulatori quantistici necessitano di ulteriore sviluppo. L'entanglement di molte particelle è ancora un fenomeno di difficile comprensione. "Per far funzionare un simulatore quantistico composto da 10 o più particelle in laboratorio, dobbiamo caratterizzare gli stati del sistema nel modo più accurato possibile, " spiega Christian Roos dell'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica presso l'Accademia austriaca delle scienze.

Finora, La tomografia a stati quantistici è stata utilizzata per la caratterizzazione degli stati quantistici con cui il sistema può essere completamente descritto. Questo metodo, però, comporta uno sforzo di misurazione e calcolo molto elevato e non è adatto a sistemi con più di una mezza dozzina di particelle. Due anni fa, i ricercatori guidati da Christian Roos, insieme ai colleghi di Germania e Gran Bretagna, ha presentato un metodo efficiente per la caratterizzazione di stati quantistici complessi. Però, solo gli stati debolmente entangled potrebbero essere descritti con questo metodo. Questo problema è stato ora aggirato da un nuovo metodo presentato lo scorso anno dai teorici guidati da Peter Zoller, che può essere usato per caratterizzare qualsiasi stato entangled. Insieme ai fisici sperimentali Rainer Blatt e Christian Roos e al loro team, ora hanno dimostrato questo metodo in laboratorio.

Simulazioni quantistiche su sistemi più grandi

"Il nuovo metodo si basa sulla misurazione ripetuta di trasformazioni selezionate casualmente di singole particelle. La valutazione statistica dei risultati della misurazione fornisce quindi informazioni sul grado di entanglement del sistema, " spiega Andreas Elben del team di Peter Zoller. I fisici austriaci hanno dimostrato il processo in un simulatore quantistico costituito da diversi ioni disposti in fila in una camera a vuoto. Partendo da uno stato semplice, i ricercatori hanno permesso alle singole particelle di interagire con l'aiuto di impulsi laser e quindi di generare entanglement nel sistema.

"Eseguiamo 500 trasformazioni locali su ogni ione e ripetiamo le misurazioni per un totale di 150 volte per poter quindi utilizzare metodi statistici per determinare informazioni sullo stato di entanglement dai risultati della misurazione, " spiega il dottorando Tiff Brydges dell'Institute of Quantum Optics and Quantum Information.

Nel lavoro ora pubblicato in Scienza , i fisici di Innsbruck hanno caratterizzato lo sviluppo dinamico di un sistema composto da 10 ioni e un sottosistema costituito da dieci ioni di una catena di 20 ioni. "In laboratorio, questo nuovo metodo ci aiuta molto, perché ci consente di comprendere ancora meglio il nostro simulatore quantistico, e, Per esempio, per valutare più precisamente la purezza dell'entanglement, "dice Christian Roos, il quale presume che il nuovo metodo possa essere applicato con successo a sistemi quantistici con fino a diverse dozzine di particelle.