Algunas de las nuevas tecnologías cuánticas que van desde sensores extremadamente precisos hasta computadoras cuánticas universales requieren una gran cantidad de bits cuánticos para explotar las ventajas de la física cuántica. Por lo tanto, los físicos de todo el mundo están trabajando en la implementación de sistemas enredados con más y másbits cuánticos. El registro está actualmente en manos del grupo de investigación de Rainer Blatt en el Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck. En 2011, los físicos enredaron 14 bits cuánticos direccionables individualmente por primera vez y así se dieron cuenta del registro cuántico completamente entrelazado más grande.Ahora, un equipo de investigación dirigido por Ben Lanyon y Rainer Blatt en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica IQOQI de la Academia de Ciencias de Austria, junto con teóricos de la Universidad de Ulm y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena, ahora se ha dado cuenta de un enredo controlado de partículas múltiples en un sistema de 20 bits cuánticos.los chers pudieron detectar entrelazamientos genuinos de partículas múltiples entre todos los grupos vecinos de tres, cuatro y cinco bits cuánticos.
Enredo genuino de partículas múltiples
Físicamente, las partículas enredadas no pueden describirse como partículas individuales con estados definidos, sino solo como un sistema completo. Es particularmente difícil entender el enredo cuando intervienen numerosas partículas. Aquí debe hacerse una distinción entre el enredo de partículas individuales y reales, entrelazamiento genuino de partículas múltiples. El entrelazamiento genuino de partículas múltiples solo puede entenderse como una propiedad del sistema global de todas las partículas involucradas y no puede explicarse por una combinación de los subsistemas que están enredados.
En el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Innsbruck, el equipo de físicos ahora ha usado luz láser para enredar 20 átomos de calcio en un experimento de trampa de iones y observó la propagación dinámica del enredo de partículas múltiples en este sistema ". Las partículasprimero se enredan en pares ", describe Lanyon." Con los métodos desarrollados por nuestros colegas en Viena y Ulm, podemos probar la mayor propagación del enredo a todos los tripletes de partículas vecinos, la mayoría de los cuádruples y algunos quintillizos.
Nuevos métodos de detección
Estos métodos de detección fueron desarrollados por el grupo de investigación de Martin Plenio en la Universidad de Ulm y el equipo de Marcus Huber en IQOQI Viena. "Hemos elegido un enfoque MacGyver", dice el primer autor Nicolai Friis con una sonrisa. "Tuvimos que encontrar una manera"para detectar enredos de partículas múltiples con un pequeño número de configuraciones de medición factibles ". Los investigadores en Viena y Ulm adoptaron un enfoque complementario: el grupo alrededor de Huber y Friis utilizó un método que solo requiere unas pocas mediciones y cuyos resultados pueden evaluarse fácilmente.De esta manera, el entrelazamiento de tres partículas podría demostrarse en el experimento. Los teóricos de Ulm utilizaron una técnica más compleja basada en métodos numéricos. "Aunque esta técnica es eficiente, también alcanza sus límites debido al fuerte aumento en el esfuerzo informáticodebido a la cantidad de bits cuánticos ", dice Oliver Marty del grupo de investigación de Martin Plenio." Es por eso que la utilidad de este método también llegó a su fin con la detección de cinco reales-enredos de partículas "
Un gran paso hacia la aplicación
"Hay sistemas cuánticos, como los gases ultrafríos, en los que se ha detectado el enredo entre una gran cantidad de partículas", enfatiza Nicolai Friis. "Sin embargo, el experimento de Innsbruck puede abordar y leer cada bit cuántico individualmente."Por lo tanto, es adecuado para aplicaciones prácticas como simulaciones cuánticas o procesamiento de información cuántica. Rainer Blatt y su equipo esperan aumentar aún más el número de bits cuánticos en el experimento." Nuestro objetivo a mediano plazo es de 50 partículas ", dice."Esto podría ayudarnos a resolver problemas que las mejores supercomputadoras de hoy todavía no logran "
Los métodos desarrollados para el experimento de la trampa de iones en Innsbruck se utilizarán más ampliamente, los físicos en Ulm y Viena están convencidos. "Queremos ampliar aún más los límites de nuestros métodos", dicen Friis y Marty ". Explotando las simetríasy centrándonos en ciertos observables, podemos optimizar aún más estos métodos para detectar enredos de partículas múltiples aún más extensos.
La investigación fue financiada por el Fondo de Ciencia de Austria FWF y la Unión Europea, entre otros, y se publicó en Revisión física X .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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