In una svolta per l'informatica quantistica, I ricercatori dell'Università di Chicago hanno inviato stati qubit entangled attraverso un cavo di comunicazione che collega un nodo di rete quantistica a un secondo nodo.

I ricercatori, con sede presso la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) presso l'Università di Chicago, ha anche amplificato uno stato entangled tramite lo stesso cavo prima usando il cavo per entangle due qubit in ciascuno dei due nodi, quindi intrecciare ulteriormente questi qubit con altri qubit nei nodi.

I risultati, pubblicato il 24 febbraio, 2021 in Natura , potrebbe aiutare a rendere più fattibile il calcolo quantistico e potrebbe gettare le basi per le future reti di comunicazione quantistica.

"Sviluppare metodi che ci permettano di trasferire stati entangled sarà essenziale per scalare l'informatica quantistica, " ha detto il prof. Andrew Cleland, che ha condotto la ricerca.

Invio di fotoni entangled attraverso una rete

Qubit, o bit quantici, sono le unità di base dell'informazione quantistica. Sfruttando le loro proprietà quantistiche, come sovrapposizione, e la loro capacità di essere intrecciati insieme, scienziati e ingegneri stanno creando computer quantistici di prossima generazione che saranno in grado di risolvere problemi precedentemente irrisolvibili.

Cleland Lab utilizza qubit superconduttori, minuscoli circuiti criogenici che possono essere manipolati elettricamente.

Per inviare gli stati entangled attraverso il cavo di comunicazione, un cavo superconduttore lungo un metro, i ricercatori hanno creato una configurazione sperimentale con tre qubit superconduttori in ciascuno dei due nodi. Hanno collegato un qubit in ogni nodo al cavo e poi hanno inviato stati quantistici, sotto forma di fotoni a microonde, attraverso il cavo con una minima perdita di informazioni. La natura fragile degli stati quantistici rende questo processo piuttosto impegnativo.

L'ex borsista di Cleland, primo autore della carta Youpeng Zhong, è stato in grado di sviluppare un sistema in cui l'intero processo di trasferimento, da nodo a cavo a nodo, richiede solo poche decine di nanosecondi (un nanosecondo è un miliardesimo di secondo). Ciò ha permesso loro di inviare stati quantistici entangled con pochissima perdita di informazioni.

Il sistema ha anche permesso loro di "amplificare" l'entanglement dei qubit. I ricercatori hanno utilizzato un qubit in ciascun nodo e li hanno intrecciati insieme inviando essenzialmente un mezzo fotone attraverso il cavo. Hanno quindi esteso questo entanglement agli altri qubit in ciascun nodo. Quando ebbero finito, tutti e sei i qubit in due nodi sono stati entangled in un singolo stato globalmente entangled.

Creazione di un ridimensionato, computer quantistico in rete

Nel futuro, i computer quantistici saranno probabilmente costituiti da moduli in cui famiglie di qubit entangled conducono un calcolo. Questi computer potrebbero in definitiva essere costruiti da molti di questi moduli in rete, simile a come i supercomputer odierni conducono il calcolo parallelo su molte unità di elaborazione centrali collegate tra loro. La capacità di intrappolare in remoto i qubit in diversi moduli, o nodi, è un progresso significativo per consentire tali approcci modulari.

"Questi moduli dovranno inviare stati quantistici complessi l'uno all'altro, e questo è un grande passo verso questo, " ha detto Cleland. Anche una rete di comunicazione quantistica potrebbe potenzialmente trarre vantaggio da questo progresso.

Cleland e il suo gruppo sperano di estendere il loro sistema a tre nodi per costruire un entanglement a tre vie.

"Vogliamo dimostrare che i qubit superconduttori hanno un ruolo praticabile in futuro, " Egli ha detto.