Китайцы установили рекорд по запутаным кубитам / азиатские выдумщики (придумки азиатов) :: фотон :: кубит :: Квантовый компьютер :: квантовая физика

Ученые только что собрали 18 кубитов - самые основные единицы квантовых вычислений - только в шесть странно связанных фотонов. Это беспрецедентные три кубита на каждый фотон, а также запись количества кубитов, связанных друг с другом с помощью квантовой перепутывания.

Так почему это интересно?

Вся работа, выполняемая на обычном компьютере, включая любое устройство, которое вы используете для чтения этой статьи, основывается на вычислениях с использованием битов, которые переключаются между двумя состояниями (обычно называемыми «1» и «0»). Квантовые компьютеры вычисляют с помощью кубитов, которые одинаково колеблются между двумя состояниями, но ведут себя по более странным правилам квантовой физики. В отличие от обычных битов, кубиты могут иметь неопределенные состояния - ни 1, ни 0, а возможность обоих - и становятся странно связанными или запутанными, так что поведение одного бита напрямую влияет на другое. Это, теоретически, позволяет использовать все виды вычислений, которые обычные компьютеры едва могут извлечь. (Однако сейчас квантовые вычисления находятся на очень ранних экспериментальных этапах, а исследователи все еще тестируют воды, что возможно, как в этом исследовании).

Достижение, по словам Сидни Шрепплера, квантового физика из Калифорнийского университета в Беркли, который не участвовал в исследовании, вероятно, был возможен только потому, что команде из Университета науки и технологий Китая (USTC) удалось собрать столько кубитов так мало частиц. [6 странных фактов о тяжести]

«Если цель состоит в том, чтобы сделать 18, то, как группы ... сделали бы это в прошлом, чтобы сделать 18 запутанных частиц с одним кубитом, - сказала она, - это будет медленный процесс».

Потребовалось «много секунд», чтобы запутать только шесть частиц, используемых в эксперименте, - сказала она, - уже вечность в компьютерном времени, где для каждого расчета должен начинаться новый процесс запутывания. И каждая дополнительная частица, добавленная к запутанности, занимает больше времени, чтобы присоединиться к партии, чем последняя, ​​до такой степени, что было бы совершенно необоснованным строить 18-кубитовую перепутывание, по одному кубиту за раз.

(Есть много квантовых экспериментов с участием более 18 кубитов, но в этих экспериментах кубиты не все запутались. Вместо этого системы запутывают только несколько соседних кубитов для каждого вычисления.)

Чтобы упаковать каждую из шести запутанных частиц (фотонов, в данном случае) с тремя кубитами, исследователи воспользовались фотонами «множественных степеней свободы», сообщают они в статье, опубликованной 28 июня в журнале Physical Review Letters и также доступен на сервере arXiv.

Когда кубит закодирован в частицу, он закодирован в одно из состояний, которое частица может переворачивать назад и вперед между подобно ее поляризации или ее квантовым спином. Каждый из них является «степенью свободы». Типичный квантовый эксперимент включает только одну степень свободы для всех вовлеченных частиц. Но частицы, подобные фотонам, обладают многими степенями свободы. И путем кодирования с использованием более чем одного из них в одно и то же время - что-то исследователи раньше делали, но не до такой степени, сказал Шрепплер, - квантовая система может упаковать намного больше информации на меньшее количество частиц.

«Как будто вы взяли шесть бит на вашем компьютере, но каждый бит в три раза увеличил количество информации, которую он мог удержать, - сказал Шрепплер, - и они могут сделать это довольно быстро и довольно эффективно».

Тот факт, что исследователи USTC сняли этот эксперимент, говорит она, не означает, что квантовые компьютерные эксперименты в другом месте начнут привлекать еще много степеней свободы за раз. Фотоны особенно полезны для определенных видов квантовых операций, сказала она, самое главное, квантовая сеть, в которой информация передается между несколькими квантовыми компьютерами. Но другие формы кубитов, как и в сверхпроводящих схемах, которые работает Шрепплер, могут не так легко перейти к такой операции.

Один из открытых вопросов из статьи, по ее словам, заключается в том, что все запутанные кубиты взаимодействуют одинаково, или существуют ли различия между кубитными взаимодействиями на одном и том же взаимодействии частиц или кубитов в разных степенях свободы.

По дороге исследователи писали в этой статье, что такая экспериментальная установка может позволить определенные квантовые расчеты, которые до сих пор обсуждались только теоретически и никогда не вводились в действие.