Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Pan Jianwei'nin ekibi, 18 kübit dolaşıklık elde ederek dünya rekorunu yeniden kırdı
Dün Çinli bilim adamları başka bir dünya rekoru kırdı!
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Pan Jianwei ve Lu Chaoyang liderliğindeki ekip, kuantum dolaşıklık bitlerinin sayısını başarıyla 18'e çıkardıklarını açıkladı. 6-foton sistemine dayanarak ve 3 derecelik foton özgürlüğünü kullanarak, 18 bitlik bir kuantum dolaştırma sistemi geliştirdiler. Sistemin ayrıntılı bilgileri Pan Jianwei'nin ekibi tarafından derlendi ve American Physical Society sponsorluğunda üst düzey akademik dergi "Physical Review Letters" da yayınlandı. Ek olarak, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nin resmi açıklamasına göre, sonucun uluslararası hakem incelemesinden sonra kabul edilmesi sadece üç hafta sürdü.)
Daha da "korkutucu" olan şey ise, geçen sefer dünya rekorunu kırmalarından bu yana yalnızca bir buçuk yıl geçmiş olmasıdır: 2016'nın sonunda, aynı anda 10 foton kübit ve 10 süper iletken kübitin birbirine karıştığını fark ettiler. Bir buçuk yılda kübit sayısı neredeyse iki kat arttı.Yarı iletken endüstrisindeki "Moore Yasası" nı düşünmeden edemeyiz. Numara tekrar yenilenecek mi?
Resim Pan Jianwei
Bu 18 bitlik kuantum dolaşıklık sisteminde, eksiksiz bir kuantum dolaşıklık sistemi olarak iki ana yenilik vardır: biri artan kübit sayısı, diğeri ise başarılı bir şekilde tasarlanmış yüksek verimli kuantum dolaşıklık ölçümüdür. sistemi.
Bu, bilgi sistemlerinin şifrelenmesi ve kodunun çözülmesi gibidir. Artan kübit, iletilen bilgi miktarını büyük ölçüde artırabilir. 18 bitlik bir kübit, 2 ^ 18 = 262144 farklı kuantum süperpozisyon durumları kombinasyonu elde edebilir; verimli kuantum dolaşıklığı Ölçüm sistemi, bilgi edinme verimliliğini ve doğruluğunu artırabilir Sistemin kuantum durumunun doğruluğu bu sefer 0,708 ± 0,016'ya ulaştı. Bütün bunlar, büyük ölçekli kuantum bilgi teknolojisinin gelişmesine yardımcı olacaktır.
Kuantum dolaşıklığında, temel hesaplama ve depolama birimi, tıpkı bugün kullandığımız elektronik bitler gibi, bilgileri farklı "0" ve "1" durumlarında kodlayan ve depolayan kübittir. Ancak kübitlerin yolu farklıdır.Bilgiyi saklamak için "süperpozisyon durumu" adı verilen bir form kullanır. Durumu artık basitçe "0" veya "1" değil, "0" ve "1" farklı ağırlıklara sahiptir. Ünlü Schrödinger'in kedisi gibi üst üste binmesi de ölü veya diri, ölümsüz veya diri olabilir.
Kübit sayısını artırmanın tüm sistemin bilgi işlem gücünü ve depolama kapasitesini artırdığı söylenebilir. Dünyanın her yerinden kuantum bilim adamlarının kübit sayısını kovalamak için yarışmasının nedeni budur.
Spesifik olarak, 18-bit kubit kuantum dolaşıklık sistemi, her bir fotonun üç serbestlik derecesini kullanan 6-foton sistemine dayanmaktadır: Yol, Polarizasyon ve Yörünge Açısal Momentum (OAM), 18 bitlik kübitlerle bu yönteme "süper kuantum dolaşıklığı" da denir.
Önceki çalışmalar çoğunlukla kübit sayısını artırmak için foton veya iyon sayısını artırmayı benimsemiş olsa da, çoklu serbestlik derecelerinin kullanılması kübit sayısını daha verimli bir şekilde artırabilir. Dahası, bu eylem aynı kübit altında daha az partikül (foton) kullanabilir, böylece tüm sistemin kararlılığını daha da artırır. Ultra yoğun kuantum kodlama, basitleştirilmiş kuantum mantık kapısı teknolojisi ve çok serbestlik dereceli tek foton iletim teknolojisi gibi büyük miktarda hesaplama ve depolama gerektiren belirli kuantum bilgi teknolojileri de fayda sağlayacaktır.
Yukarıdaki şekilde a'dan e'ye, 18 bitlik kuantum dolaşıklık sisteminin tamamının basitleştirilmiş yapı diyagramını görebiliriz; burada a ve b, kuantum dolanıklığının kodlama parçalarıdır ve cde, karşılık gelen ölçüm parçasıdır.
Girişte, dalga boyu 788 nm, darbe süresi 120 fs ve tekrarlama oranı 76 MHz olan ultra hızlı bir lazer, lityum triborat (LBO) dikroik filtre (Dikroik filtre) aracılığıyla 394 nm ışığa dönüştürülür. Daha sonra bu ışık ışını, Şekil a 1-6'da gösterildiği gibi, iki -baryum borat (BBO) ve bir yarım dalga plakasından (HWP) oluşan bir sandviç doğrusal olmayan kristalden geçmeye devam eder ve üç çift dolaşık foton üretir.
Daha sonra, her foton, uzay ve faz düzeltmesi için farklı kalınlık ve yönlerdeki YVO4 kristallerinden geçer ve ardından kodlama polarizasyonu için PBS'den, kodlama yolu için PBS'den (polarizasyon ışın ayırıcı) ve yörüngesel açısal momentumu kodlamak için SPP'den geçer ve nihai sonuç şu şekildedir: Üç serbestlik derecesine sahip tek bir foton kuantum durumu.
Ölçüm kısmı kodlama kısmının ayna sistemi gibidir ve bilgi sıralı olarak kod çözülerek elde edilir. Kuantum dolanmanın kod çözme süreci aslında Çin'deki evinizde oturuyormuşsunuz gibi ve bilirsiniz, okyanusun diğer tarafındaki torun doğdu, ancak oğullarınız o kadar çok ki, bir süre çocuğu kimin doğurduğunu bilemezsiniz, o zaman sadece ondan öğrenebilirsiniz. Torunun fotoğraflarında bazı ipuçları bulun ve genel bilgileri çıkarın, örneğin, bunun Xiaowusheng'in üçüncü oğlu olduğu ortaya çıktı. Peki ya 18 kuşak uzaktaysa? Bu türetme süreci uzun olabilir, elde edilen bilgiler 2 ^ 8 = 262144 farklı durumda olacaktır ve veri miktarı çok büyüktür, bu da verimli ve yüksek doğrulukta bir ölçüm sistemi gerektirir.
18 bitlik kuantum dolaşıklık sistemi, aynı anda 262.144 kombinasyonu ölçebilen toplam 48 adet tek foton detektörü kullanıyor ve son kuantum durum doğruluğu 0.708 ± 0.016'ya ulaştı. Genel olarak, çok parçacıklı bir kuantum dolaşıklık sisteminde, 0.5'i aşan kuantum halinin uygunluğunun, etkili kuantum dolaşıklığı için yeterli olduğuna inanılmaktadır.
Kısacası, Pan Jianwei'nin ekibi tarafından oluşturulan 18 bitlik kuantum dolaşıklık sistemi, yalnızca kübit sayısı için bir dünya rekoru oluşturmakla kalmadı, aynı zamanda çoklu parçacıklar ve çoklu serbestlik dereceleri ile kübit sayısını artırma konusunda yenilikçi bir fikir yarattı.
Şekil | Yorktown Heights, New York'taki Thomas J. Watson Araştırma Merkezi'ndeki IBM Quantum Computing Center, kuantum bilgisayarı mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutulacak büyük bir kriyojenik kaba (en sağda) yerleştiriyor
Bu başarı, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çeşitli araştırma güçlerini ve kaynaklarını aktif bir şekilde entegre ediyor ve Çin'in kuantum teknolojisinin gelişimi için daha derin bir anlamı olan ulusal düzeyde işbirliğine dayalı araştırmalar yürütüyor: Avrupa Birliği, 2016'da kuantum teknolojisi amiral gemisi projesini başlattığını duyurdu; ve ABD Kongresi ayrıca yakın zamanda resmi olarak "Ulusal Kuantum Eylem Planı" nı kabul etti; Google, Microsoft ve IBM gibi büyük yüksek teknoloji şirketleri de kuantum hesaplama araştırmalarına büyük yatırım yaptı ... ve bu sefer Çin geride kalmadı. Park'taki Maryland Üniversitesi'nden kuantum fizikçisi Christopher Monroe'nun dediği gibi: "Yılda her zaman o kadar çok kez oluyor ki, onların (Pan Jianwei ekibinin) yaptıklarını okuduğumda şok oldum."
referans:
Wang X L, Luo Y H, Huang H L ve diğerleri, fotonun üç serbestlik derecesiyle 18 kübitlik dolaşıklık.2018.
Barreiro J T, Langford N K, Peters N A, ve diğerleri Hiper dolaşık foton çiftlerinin üretimi: Physical Review Letters, 2005, 95 (26): 260501.
Gao W B, Lu C Y, Yao X C, vd. Hiper-dolaşık on kübitlik Schrödinger kedi durumunun deneysel gösterimi. Nature Physics, 2008, 6 (5): 331-335.
