Verschränkung – Verknüpfung von entfernten Partikeln oder Partikeln, so dass einer ohne den anderen nicht beschrieben werden kann – ist der Kern der Quantenrevolution, die das Gesicht der modernen Technologie verändert.
Während in sehr kleinen Partikeln die Verstrickung nachgewiesen wurde, hat Prof. Andrew Cleland, Prof. Andrew Cleland von Uchicago (Uchicago PME), neue Forschungen der Labor der Chicagoer Pritzker School of Molecular Engineering, und zeigt eine hohe Verstrickung zwischen zwei akustischen Wellenresonatoren.
Das Papier wurde am Freitag veröffentlicht in Naturkommunikation.
„Viele Forschungsgruppen haben gezeigt, dass sie sich sehr, sehr kleine Dinge bis zum einzigen Elektron verwickeln können. Aber hier können wir die Verstrickung zwischen zwei massiven Objekten nachweisen“ Physik -Doktorandenforscher jetzt im Amazon Web Services Center of Quantum Computing. „Das zweite, was wir in dieser Forschung demonstrieren, ist, dass unsere Plattform skalierbar ist. Wenn Sie sich vorstellen können, einen großen Quantenprozessor zu erstellen, wäre unsere Plattform wie eine Einheitszelle darin.“
Die Verstrickung ist nicht zwischen den Molekülen, Atomen oder anderen Partikeln, aus denen die Resonatoren besteht, sondern zwischen den „Phononen“, die die Resonatoren besetzen. Dies sind die mechanischen Nanoskala -Schwingungen, die, wenn Ohren klein genug sind, um sie zu hören, als solide angesehen würden.
„Phononen sind Quantenpartikel des Klangs“, sagte der Co-First-Autor Hong Qiao, ein postdoktoranden Forscher von Uchicago PME in Clelands Labor. „Ein Phonon ist kein Elementarteilchen. Es ist die kollektive Bewegung von möglicherweise zusammengebundenen Partikeln. Dies ist makroskopisch im Vergleich zu anderen Quantensystemen, bei denen Sie einzelne Elektronen, Einzelatome, Einzelphotonen verwickeln.“
Das Quantenkonzert
Die Verwicklung dieser kollektiven, soliden Bewegung ist für Cleland seit langem ein Forschungsschwerpunkt. Sein Labor war das erste, das herausfand, wie man einzelne Phononen erstellt und erfasst, und der erste, der zwei Phononen verwickelt. Während Doktoranden bei Uchicago PME im Forschungsteam für den letzteren Durchbruch war und Chou mit beiden beteiligt war.
In jüngerer Zeit nannte das Verteidigungsministerium Cleland zu einem 2024 Vannevar Bush-Fakultät, der Phonon-basierte Quantum Computing verfolgt.
„Die konventionelle Weisheit war, dass die Quantenmechanik Physik im kleinsten Maßstab regiert, während die klassische Physik die menschliche Skala regiert“, sagte Cleland. „Aber unsere Fähigkeit, massive Objekte zu verwickeln, indem wir ihre kollektive Bewegung verwickeln, drückt diese Grenze. Die Domäne, in der Erwin Schrödingers Katze existiert, wird mit jedem Vormarsch größer.“
Das Gerät, das das Team aufgebaut hat, ist auf zwei Oberflächen -Akustikwellenresonatoren zentriert, die jeweils auf einem eigenen Chip mit einer eigenen mechanischen Stützstruktur und jeweils mit einem eigenen supraleitenden Qubit verbunden sind. Die Qubits werden verwendet, um die verwickelten Phononzustände zu erzeugen und zu erkennen. Mit diesem Gerät zeigten die Forscher der Cleland-Gruppe, dass die großen Resonatoren sowohl quantenbezogen werden können, während sie physisch getrennt als auch mit hoher Treue sind.
„Bisher haben die Leute gezeigt, dass es Verstrickung gibt, aber mit begrenzter Treue“, sagte Qiao. „Wir haben hier gezeigt, dass wir noch einen Schritt weiter gehen können, um kompliziertere Verwicklungszustände vorzubereiten und möglicherweise sogar logische Kodierungen hinzuzufügen.“
Die nächste Hürde ist die Zeit und verlängert die Lebensdauer des Resonators, um die Quantenkohärenz zu erhöhen. Eine länger anhaltende Verstrickung würde eine leistungsstärkere Kommunikation oder ein verteiltes Quantencomputer ermöglichen, zwei Hauptziele beim Aufbau von Quantennetzwerken.
„Unser mechanischer Resonator hat eine relativ kurze Lebensdauer, und das hat die Leistung in diesem Ansatz sehr eingeschränkt“, sagte Chou. „Der nächste Schritt ist sehr klar: Wir werden versuchen, die Lebensdauer der mechanischen Resonator zu verbessern.“
Die Gruppe hofft, die Resonatorlebensdauer von ihrem aktuellen Niveau von etwa 300 Nanosekunden auf mehr als 100 Mikrosekunden zu erweitern. Es mag entmutigend klingen, aber es gibt mehrere vorhandene Strategien, um dies um mehr als das 300-fache zu erreichen, sagte Chou.
„Es gibt unterschiedliche Gerätegeometrien oder unterschiedliche Ansätze in der Quantenakustik, die bereits so ein langes Leben erzielen können, aber nur um unser Experiment zu vereinfachen, haben wir sie in dieser ersten Forschung nicht verwendet“, sagte Chou.
