Det faktum att informationen är kodad med hjälp av kvantsystem som är känsliga för brus och störningar, vilket resulterar i fel, är ett betydande hinder för utvecklingen av en realistiskt gångbar kvantdator. Utvecklingen av kvantdatorer står inför stora svårigheter att korrigera dessa fel. Att ersätta qubits med resonatorer, kvantsystem med mer specificerade tillstånd än bara två, erbjuder ett gångbart alternativ. Dessa tillstånd kan jämföras med en gitarrsträng, som kan vibrera på många olika sätt.
Det är dock en utmaning att kontrollera tillstånden för en resonator. Nu, kvantteknik på Chalmers tekniska högskola har utvecklat en teknik för att kontrollera ljusets kvanttillstånd i en tredimensionell kavitet. Tekniken gör det möjligt för forskare att generera praktiskt taget alla tidigare påvisade kvanttillstånd av ljus.
Simone Gasparinetti, som är chef för en forskargrupp inom experimentell kvantfysik vid Chalmers och en av studiens seniorförfattare, sa, "Vi har visat att vår teknik är i paritet med de bästa i världen."
Marina Kudra, doktorand vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap och studiens huvudförfattare, sa: "Tillståndet i kubisk fas är något som många kvantforskare har försökt skapa i praktiken i tjugo år. Det faktum att vi nu har lyckats göra detta för första gången visar hur väl vår teknik fungerar, men det viktigaste framsteg är att det finns så många tillstånd av varierande komplexitet, och vi har hittat en teknik som kan skapa vilken som helst av dem. ”
Forskare kontrollerade de kvantmekaniska egenskaperna hos fotoner genom att applicera en uppsättning elektromagnetiska pulser som kallas grindar. De använde en algoritm för att optimera en specifik sekvens av enkla förskjutningsgrindar och komplexa SNAP-grindar för att generera fotonernas tillstånd. När de komplexa grindarna visade sig vara för långa, upptäckte forskarna en lösning för att förkorta dem genom att maximera de elektromagnetiska pulserna med optimal kontrollteknik.
Simone Gasparinetti sa, "Den drastiska förbättringen av hastigheten på våra SNAP-grindar gjorde det möjligt för oss att mildra effekterna av dekoherens i vår kvantkontroller, vilket förde den här tekniken ett steg framåt. Vi har visat full kontroll över vårt kvantmekaniska system.”
Marina Kudra sa, "Eller, för att uttrycka det mer poetiskt, jag fångade ljus på en plats där det trivs och formade det i några verkligt vackra former."
Ett överlägset fysiskt system var också nödvändigt för att uppnå detta mål.
Per Delsing sade, ”På Chalmers har vi full stack för att bygga en kvantdator, från teori till experiment, allt under ett tak. Att lösa utmaningen med felkorrigering är en stor flaskhals i utvecklingen av storskaliga kvantdatorer, och våra resultat är ett bevis på vår kultur och vårt sätt att arbeta.”
Tidskriftsreferens:
- Marina Kudra, Mikael Kervinen, Ingrid Strandberg, et al. Robust förberedelse av Wigner-negativa tillstånd med optimerade SNAP-förskjutningssekvenser. PRX Quantum. DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.030301
