Kwantumnetwerk houdt atomen 10 seconden lang verstrengeld.

Wetenschappers van de Universiteit Oxford hebben een kwantumnetwerk ontwikkeld dat gebruik maakt van twee verschillende atomen, namelijk strontium en calcium, en daarmee een record van tien seconden aan verstrengelingstijd heeft gevestigd. Dit succes opent de weg om de verstrengelingstijden tussen atomen nog verder te verlengen, wat van cruciaal belang is bij de ontwikkeling van gedistribueerde kwantumnetwerken.

In de kwantumfysica is één van de meest veelbelovende ontwikkelingen de ontwikkeling van kwantumcomputertechnologie. gebruiken kwantumbits () om informatie op te slaan en te verwerken. In tegenstelling tot klassieke bits, die alleen de waarden 0 of 1 kunnen opslaan, kunnen kwantumbits meerdere tussen 0 en 1 liggende waarden opslaan en deze tegelijkertijd gebruiken bij de verwerking van informatie.

Hierdoor bieden kwantumbits een exponentiële benadering om grote hoeveelheden gegevens te verwerken; dit kan helpen bij het aanpakken van problemen die op de snelste supercomputers van vandaag decennia zouden kunnen duren om op te lossen. Kwantumcomputers worden dan ook beschouwd als de volgende grens van het berekenen. Echter, een kritiek onderdeel van schaalbare kwantumcomputing is kwantumdoling.

Waarom is coherentie belangrijk?

Hoewel een kwantumbit meerdere waarden tegelijk kan opslaan, zit de echte waarde ervan in het verbonden zijn met meerdere andere kwantumbitten; dit maakt het mogelijk om talloze correlaties gelijktijdig te onderzoeken. Dit is alleen mogelijk wanneer een kwantumbit verstrengeld is met een andere kwantumbit, dat wil zeggen dat de ene de toestand van de ander bepaalt, zelfs als ze fysiek niet met elkaar verbonden zijn.

De coherentie draagt er tevens aan bij om meer-qubit-logicakoppen te creëren, waardoor qubits dynamischer met elkaar kunnen interageren dan de van nature geïsoleerde standaardunits. Bovendien stelt dit kwantumcomputers in staat om te werken met complexere datastructuren en om een van de moeilijkste problemen die de wereld tot nu toe heeft gezien op te lossen.

En belangrijkste is dat verstrengeling kwantumteleportatie mogelijk maakt en dat verschillende kwantumprocessors informatie kunnen delen zonder hun kwantumbits echt te delen. Dit vergemakkelijkt de bouw van een gedistribueerde kwantuminfrastructuur en helpt bij het schaalbaar opbouwen van kwantumrekenmogelijkheden.

Hoe zullen de Oxford-onderzoeken helpen?

Onderzoekers gebruikten in hun experiment strontium- en calciumatomen en plaatste er elk in twee verschillende posities. Terwijl het licht de strontiumatomen aan elkaar verbond, verspreidde het team met lokale bewerkingen de kwantumverstrengeling ook naar de calciumatomen en creëerde zo een gedeelde kwantumtoestand die alle vier de atomen omvatte.

De reden waarom onderzoekers calcium gebruiken in deze opstelling, is dat dit element minder gevoelig is voor magnetische ruis in vergelijking met strontium en daardoor langer kan worden ingezet voor het behoud van de kwantumtoestand.

Verschillende atoomtypen bieden verschillende voordelen en nadelen voor kwantumtoepassingen,” zei Dougal Main, een Oxford-onzoeker, in een persverklaring. “Het hebben van meerdere atoomtypen in je kwantumcomputer stelt je in om te profiteren van de sterke punten van elk afzonderlijk type.

Onderzoekers demonstreerden het voordeel van het gebruik van verschillende atomen door 10 seconden lang kwantumverstrengeling te behouden, in tegenstelling tot de enkele milliseconden die met dezelfde atoomgroep worden bereikt.

“Dit kan ervoor zorgen dat kwantumnetwerken in de toekomst nuttig kunnen zijn voor taken waarbij een paar ver van elkaar verwijde atomen dezelfde kwantumtoestand moeten delen en beschermen,” zei Gabriel Araneda, een onderzoeker aan de Universiteit van Oxford die bij dit onderzoek betrokken was, in een persbericht.

Dit kan quantumcomputing omvatten, nauwkeurigere metingen op grote afstanden en vergelijkingen tussen verschillende soorten atoomklokken.

Onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.