Κατανεμημένη Κβαντική Δεσιμότητα σε Άτομα για Ρεκόρ 10 Δευτερολέπτων.

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης ανέπτυξαν ένα κβαντικό δίκτυο χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά άτομα, το στρόντιο και το ασβέστιο, και κατέγραψε ένα ρεκόρ διάρκειας συσχετισμού δέκα δευτερολέπτων. Αυτή η επιτυχία ανοίγει τον δρόμο για την περαιτέρω παράταση του χρόνου συσχετισμού μεταξύ των ατόμων, κάτι κρίσιμης σημασίας για την ανάπτυξη κατανεμημένων κβαν δικτύων υπολογισμών.

Στην κβαντική φυσική, μία από τις πιο ελπιδοφόρες εξελίξεις είναι η ανάπτυξη τεχνολογιών κβαντικής υπολογιστικής. χρησιμοποιούν κβαντικά bits () για την αποθήκευση και την επεξεργασία πληροφοριών. Σε αντίθεση με τα κλασικά bits, τα οποία μπορούν να αποθηκεύσουν μόνο τις τιμές 0 ή 1, τα κβαντικά bits μπορούν να αποθηκεύσουν πολλαπλές τιμές μεταξύ 0 και 1 και να τις χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα κατά την επεξεργασία πληροφοριών.

Έτσι τα κβαντικά bits προσφέρουν μια εκθετική προσέγγιση για την επεξεργασία μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων, κάτι που μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση προβλημάτων τα οποία οι σημερινές ταχύτερες υπερυπολογιστές θα μπορούσαν να επιλύσουν μόνο σε δεκαετίες. Τα κβαντικά υπολογιστικά συστήματα θεωρούνται έτσι ως ο επόμενος ορισμός της υπολογιστικής. Ωστόσο, ένα κρίσιμο συστατικό της κλιμακώσιμης κβαντικής υπολογιστικής είναι η κβαντική συσχετιστικότητα.

Ποιο είναι το κλειδί για μια επιτυχημένη καριέρα;

Αν και το κβαντικό bit μπορεί να αποθηκεύσει πολλαπλές τιμές ταυτόχρονα, η πραγματική του αξία έγκειται στη σύνδεσή του με άλλα κβαντικά bits· αυτό επιτρέπει την εξερεύνηση πολλών συσχετίσεων ταυτόχρονα. Αυτό είναι δυνατόν μόνο όταν ένα κβαντικό bit είναι συσχετισμένο με ένα άλλο κβαντικό bit, δηλαδή το ένα καθορίζει την κατάσταση του άλλου, ακόμα κι αν δεν είναι φυσικά συνδεδεμένα.

Η συστροφή βοηθά επίσης τη δημιουργία πολυκubitικών λογικών πυλών, επιτρέποντας στα κβαντικά bits να αλληλεπιδρούν πιο δυναμικά σε σύγκριση με τα πιο απομονωμένα τυπικά στοιχεία. Επιπλέον, επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να διαχειρίζονται πιο περίπλοκα δεδομένα και να επιλύουν μερικά από τα πιο δύσκολα προβλήματα που έχει αντιμετωπίσει ποτέ ο κόσμος.

Το σημαντικότερο είναι ότι η κβαντική συμπλοκότητα επιτρέπει την κβαντική τηλεμεταφορά και τη διαμοιράζηση πληροφοριών μεταξύ διαφορετικών κβαντικών επεξεργαστών χωρίς πραγματική διαμοιράζηση των κβαντικών bits τους. Αυτό διευκολύνει την κατασκευή ενός κατανεμημένου κβαντικού υποδομής και βοηθά στην κλιμακούμενη ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστικών ικανοτήτων.

Πώς θα βοηθήσουν οι έρευνες του Οξφόρδου;

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα στροντίου και ασβεστίου στις πειράματά τους, τοποθετώντας το καθένα σε δύο διαφορετικές θέσεις. Κατά τη στιγμή που το φως συνέδεε τα άτομα στροντίου μεταξύ τους, η ομάδα διέσπει το κβαντικό δέσιμο χρησιμοποιώντας τοπικές πράξεις και το απείκασε και στα άτομα ασβεστίου, δημιουργώντας μια κοινή κβαντική κατάσταση που περιλάμβανε και τα τέσσερα άτομα.

Ο λόγος που οι ερευνητές χρησιμοποιούν ασβέστιο σε αυτήν την εγκατάσταση είναι ότι είναι λιγότερο ευαίσθητο στη μαγνητική θόρυβο σε σύγκριση με το στρόντιο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση της κβαντικής κατάστασης για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

«Διαφορετικοί τύποι ατόμων προσφέρουν διαφορετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για τις κβαντικές εφαρμογές», δήλωσε ο διευθυντής των ερευνών στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, Dougal Main, σε ανακοίνωση τύπου. «Το να έχετε πολλαπλούς τύπους ατόμων στον κβαντικό υπολογιστή σας επιτρέπει να εκμεταλλεύεστε τα καλύτερα χαρακτηριστικά του καθενός.»

Οι ερευνητές έδειξαν το πλεονέκτημα της χρήσης διαφορετικών ατόμων, διατηρώντας την κβαντική συμπλοκότητα για 10 δευτερόλεπτα, σε αντίθεση με τα λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου που επιτεύχθηκαν με την ίδια ομάδα ατόμων.

«Αυτό μπορεί να καταστήσει την κβαντική δικτύωση επωφελή για εργασίες στο μέλλον, στις οποίες αρκετά απομακρυσμένα άτομα πρέπει να μοιράζονται και να προστατεύουν την ίδια κβαντική κατάσταση», δήλωσε ο Gabriel Araneda, ερευνητής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, ο οποίος συμμετείχε σε αυτή την εργασία, κατά τη διάρκεια της δημοσιότητας.

«Μπορεί να περιλαμβάνει την κβαντική υπολογιστική, πιο ακριβείς μετρήσεις σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και συγκρίσεις διαφορετικών τύπων ατομικών ρολογιών.»

Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Physical Review Letters.