Die Tatsache, dass die Informationen mithilfe von Quantensystemen kodiert werden, die anfällig für Rauschen und Interferenzen sind, was zu Fehlern führt, stellt ein erhebliches Hindernis für die Entwicklung eines realistisch realisierbaren Quantencomputers dar. Die Entwicklung von Quantencomputern steht vor großen Schwierigkeiten, diese Fehler zu korrigieren. Der Ersatz von Qubits durch Resonatoren, Quantensysteme mit mehr spezifizierten Zuständen als nur zwei, bietet eine praktikable Alternative. Diese Zustände können mit einer Gitarrensaite verglichen werden, die auf viele verschiedene Arten schwingen kann.
Allerdings ist die Steuerung der Zustände eines Resonators eine Herausforderung. Nun, Quantentechnologie am Chalmers University of Technology hat eine Technik entwickelt, um die Quantenzustände von Licht in einem dreidimensionalen Hohlraum zu steuern. Die Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, praktisch alle bisher nachgewiesenen Quantenzustände von Licht zu erzeugen.
Simone Gasparinetti, Leiterin einer experimentellen Forschungsgruppe Quantenphysik bei Chalmers und einer der leitenden Autoren der Studie, sagte: „Wir haben gezeigt, dass unsere Technologie mit der Besten der Welt mithalten kann.“
Marina Kudra, Doktorandin am Institut für Mikrotechnologie und Nanowissenschaften und Hauptautorin der Studie, sagte: „Der kubische Phasenzustand ist etwas, das viele Quantenwissenschaftler seit zwanzig Jahren in der Praxis zu erzeugen versuchen. Die Tatsache, dass uns dies nun zum ersten Mal gelungen ist, zeigt, wie gut unsere Technik funktioniert. Der wichtigste Fortschritt besteht jedoch darin, dass es so viele Zustände unterschiedlicher Komplexität gibt und wir eine Technik gefunden haben, mit der wir jeden dieser Zustände erzeugen können. ”
Wissenschaftler kontrollierten die quantenmechanischen Eigenschaften von Photonen durch Anlegen einer Reihe elektromagnetischer Impulse, sogenannte Gates. Mithilfe eines Algorithmus optimierten sie eine bestimmte Abfolge einfacher Verschiebungs-Gates und komplexer SNAP-Gates, um den Zustand der Photonen zu erzeugen. Als sich herausstellte, dass die komplexen Tore zu lang waren, fanden die Wissenschaftler eine Lösung, sie zu verkürzen, indem sie die elektromagnetischen Impulse mit optimalen Steuerungstechniken maximierten.
Simone Gasparinetti sagte: „Die drastische Verbesserung der Geschwindigkeit unserer SNAP-Gates ermöglichte es uns, die Auswirkungen der Dekohärenz in unserem Quantencontroller abzuschwächen und diese Technologie einen Schritt weiter voranzutreiben. Wir haben die volle Kontrolle über unser quantenmechanisches System gezeigt.“
Marina Kudra sagte: „Oder, um es poetischer auszudrücken: Ich habe Licht an einem Ort eingefangen, an dem es gedeiht, und es in wirklich schöne Formen gebracht.“
Um dieses Ziel zu erreichen, war auch ein überlegenes physikalisches System erforderlich.
Per Delsing sagte, „Bei Chalmers verfügen wir über die volle Ausstattung für den Bau eines Quantencomputer, von der Theorie bis zum Experiment, alles unter einem Dach. Die Lösung der Herausforderung der Fehlerkorrektur ist ein großer Engpass bei der Entwicklung großer Quantencomputer, und unsere Ergebnisse sind ein Beweis für unsere Kultur und Arbeitsweise.“
Journal Referenz:
- Marina Kudra, Mikael Kervinen, Ingrid Strandberg, et al. Robuste Vorbereitung von Wigner-negativen Zuständen mit optimierten SNAP-Verschiebungssequenzen. PRX-Quantum. DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.030301
