La capacità di regolare con precisione il grado di non reciprocità è uno strumento importante da avere nell’elaborazione delle informazioni quantistiche. In tal modo, il team, compresi i collaboratori dell'Università di Chicago, ha derivato una teoria generale e ampiamente applicabile che semplifica ed espande le vecchie interpretazioni della nonreciprocità in modo che il lavoro futuro su argomenti simili possa trarre vantaggio dal modello del team, anche quando si utilizzano modelli diversi. componenti e piattaforme.

La ricerca è pubblicata su Science Advances .

L’informatica quantistica differisce fondamentalmente dall’informatica basata sui bit che tutti noi facciamo ogni giorno. Un bit è un'informazione generalmente espressa come 0 o 1. I bit sono la base di tutti i software, i siti web e le email che compongono il nostro mondo elettronico.

Al contrario, l’informatica quantistica si basa su “bit quantistici” o “qubit”, che sono come bit normali tranne per il fatto che sono rappresentati dalla “sovrapposizione quantistica” di due stati di un oggetto quantistico. La materia in uno stato quantistico si comporta in modo molto diverso, il che significa che i qubit non sono relegati a essere solo 0 o 1:possono essere entrambi allo stesso tempo in un modo che sembra magico, ma che è ben definito dalle leggi della quantistica. meccanica. Questa proprietà di sovrapposizione quantistica porta ad una maggiore capacità di potenza dei computer quantistici.

Inoltre, una proprietà chiamata "nonreciprocità" può creare ulteriori strade affinché l'informatica quantistica possa sfruttare il potenziale del mondo quantistico.

"Immaginate una conversazione tra due persone", afferma Sean van Geldern, studente laureato in fisica all'UMass Amherst e uno degli autori dell'articolo. "La reciprocità totale si verifica quando ciascuna delle persone coinvolte in una conversazione condivide la stessa quantità di informazioni. La non reciprocità si verifica quando una persona condivide un po' meno dell'altra."

"Ciò è auspicabile nell'informatica quantistica", afferma l'autore senior Chen Wang, assistente professore di fisica presso l'UMass Amherst, "perché esistono molti scenari informatici in cui si desidera garantire ampio accesso ai dati senza dare a nessuno il potere di alterarli o degradarli. dati."

Per controllare la non reciprocità, l’autrice principale Ying-Ying Wang, studentessa laureata in fisica presso l’UMass Amherst, e i suoi coautori hanno eseguito una serie di simulazioni per determinare il design e le proprietà che il loro circolatore avrebbe dovuto avere per poter variare la sua non reciprocità. Hanno quindi costruito il loro circolatore e condotto una serie di esperimenti non solo per dimostrare il loro concetto, ma per capire esattamente come il loro dispositivo consentisse la non reciprocità.

Così facendo, sono stati in grado di rivedere il loro modello, che conteneva 16 parametri che descrivevano in dettaglio come costruire il loro dispositivo specifico, in un modello più semplice e generale di soli sei parametri. Questo modello rivisto e più generale è molto più utile di quello iniziale, più specifico, perché è ampiamente applicabile a una serie di futuri sforzi di ricerca.

Il "dispositivo integrato non reciproco" costruito dal team assomiglia a una "Y." Al centro della "Y" c'è il circolatore, che è come una rotatoria per i segnali a microonde che mediano le interazioni quantistiche. Una delle gambe è la porta della cavità, una cavità superconduttiva risonante che ospita un campo elettromagnetico. Un'altra gamba della "Y" sostiene il qubit, stampato su un chip di zaffiro. La tappa finale è la porta di uscita.

"Se variamo il campo elettromagnetico superconduttore bombardandolo con fotoni", dice Ying-Ying Wang, "vediamo che quel qubit reagisce in modo prevedibile e controllabile, il che significa che possiamo regolare esattamente quanta reciprocità vogliamo. E il Il modello semplificato che abbiamo prodotto descrive il nostro sistema in modo tale che i parametri esterni possano essere calcolati per regolare un esatto grado di non reciprocità."

"Questa è la prima dimostrazione dell'integrazione della non ricettività in un dispositivo di calcolo quantistico", afferma Chen Wang, "e apre la porta alla progettazione di hardware di calcolo quantistico più sofisticato".