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2024-02-10 13:30:01
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イングリッド・ファデリ著、Phys.org
クレジット: Grebel 他
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過去数十年にわたり、量子物理学者や技術者は、新しく信頼性の高い量子通信システムの開発に努めてきました。 これらのシステムは、最終的には通信プロトコルを評価し、進歩させるためのテストベッドとして機能する可能性があります。
シカゴ大学の研究者らは最近、リモート超伝導ノードを備えた新しい量子通信テストベッドを導入し、このテストベッド上で双方向の多光子通信を実証しました。 彼らの論文、 出版された Physical Review Letters での論文は、超伝導回路における複雑な量子状態の効率的な伝達の実現に向けた新しい道を開く可能性があります。
「私たちはモジュール式量子コンピューティングおよび量子通信のテストベッドとして超伝導量子ビットを開発しています」と論文の共著者であるアンドリュー・クレランド氏はPhys.orgに語った。 「どちらも、量子状態をコヒーレントに通信できることに依存しています。 量子ビット 疎な通信ネットワーク (通常は単一の物理ネットワーク) で相互に接続された「ノード」 伝送線路。」
研究者らの最近の研究は、 自然物理学 そして 自然。 これらの以前の研究で、チームはリモートエンタングルメントを生成し、複雑な量子状態を一度に 1 量子ビットずつ送信できることを実証しました。
「私たちの新しい研究では、複数の量子ビットを表す複雑な量子状態を同時に送信したいと考えました」とクレランド氏は述べた。 「これを行うために、共振器に送信される量子状態をロードし、その後、共振器状態全体を伝送線路に送信し、その後の分析のためにリモート共振器でそれを捕捉しました。」
電気共鳴を示すデバイスである共振器は、名目上無限の量子準位を持っています。 その結果、理論的には、数量子ビット相当のデータをエンコードする非常に複雑な状態を保存できるようになります。 これらの有利な特性により、共振器を使用してデータを送受信すると、利用可能な帯域幅が増加する可能性があります。
実験では、Cleland と彼の同僚は 2 つの 超伝導量子ビット、それぞれが調整可能な超伝導共振器に接続されました。 これらの共振器はそれぞれ、可変結合器として知られるデバイスを介して長さ 2 m の伝送線路に接続されました。
「私たちは、1つの超伝導量子ビットを使用して、その随伴共振器にさまざまな量子状態で「プログラム」します。 メソッド 私たちが確立したこと 何年も前に」とクレランド氏は語った。
「次に、共振器と伝送線路の結合をオンにして、（おそらく複雑な）量子状態を共振器から伝送線路に解放し、そこで量子状態が（おそらく複雑な）もつれた可動光子のセットとして伝送されます。リリースプロセスの逆を使用して他の共振器によって「キャッチ」され、それを使用します 共鳴器の量子ビットを使用して受信状態を分析します。 このシステムはどちらの方向にも同様に良好に送信できます (つまり、「双方向」)。
研究者らによって実装された設計により、単一マイクロ波周波数光子の双方向伝送と、一方向への 2 光子フォック状態 |2> と 1 光子フォック状態 |1 の同時伝送を実現することができました。 > 他の方向への透過、および重ね合わせられた光子フォック状態 |0>+|1> および |0>+|2> の (個別の) 透過。
「その後、2 つの共振器間のもつれを表す、いわゆる N00N 状態の生成を示しました。最終的には、最初に 2 つの共振器間で 1 つの光子が「共有」されたもつれ状態 |10>+|01> の生成を実現し、次に、 |20>+|02> の状態で、2 つの光子が同様に「共有」されています」とクレランド氏は述べた。
「全体として、私たちの研究は、より多くの人々の高効率コミュニケーションに向けた実現可能な道を示しています。 複雑な量子状態 2 つのノード間の単なる単一の光子よりも優れています。」
Cleland 氏と彼の同僚によって導入された新しい量子通信テストベッドは、さらなる研究と進歩への道を間もなく開く可能性があります。 まず、回路内のすべてのノードが計算を実行し、結果を別のノードに効率的に通信する分散コンピューティングを実現するために使用できます。 さらに、2 つのノードが複雑な状態を共有し、それぞれがこの状態に対して個別の操作を実行するシステムをデモンストレーションするために使用することもできます。
「私たちのプラットフォームは量子通信にも使用できます。たとえば、ある程度複雑なコード化された量子情報を 1 回の転送で送信できます」と Cleland 氏は付け加えました。
「私たちは現在、この実験のさまざまな側面に取り組んでいます。たとえば、ノードの数 (最近の実験では 2 つでした) を増やし、プロセスの忠実度を高め、次のことを行うと何が可能になるかを検討する予定です。より多くの通信チャネルを並行して持つことができます。」
詳しくは：
Joel Grebel et al、遠隔超伝導ノード間の双方向多光子通信、Physical Review Letters (2024)。 DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.047001。 arXiv の場合: DOI: 10.48550/arxiv.2310.00124
雑誌情報:
自然
、
自然物理学
、
arXiv
© 2024 サイエンス X ネットワーク
#研究者らが遠隔超伝導ノード間の多光子状態伝達を実証