Newswise — Квантовая запутанность как сердце квантовой механики подчеркивает неразделимость и нелокальность, которые были созданы экспериментально в различных физических системах. Однако он подвержен воздействиям окружающей среды, в результате чего часто возникает декогерентность. То, как выполнять надежные операции запутанности, имеет решающее значение для приложений в области квантовой информации. Недавние исследования показали, что комбинация топологии и квантовых состояний может дать надежду на решение такой проблемы, но точность запутанных состояний становится очень низкой без какого-либо эффективного проектирования этих топологически защищенных операций.

В новой статье (doi: https://doi.org/10.1038/s41377-024-01514-1), опубликованной в Световая наука и приложения группа ученых под руководством профессора Сяндуна Чжана из Ключевой лаборатории передовой оптоэлектронной квантовой архитектуры и измерений Министерства образования, Пекинская ключевая лаборатория нанофотоники и сверхтонких оптоэлектронных систем, Школа физики, Пекинский технологический институт, Пекин, Китай, и коллеги разработали эффективную схему для реализации надежной работы состояний квантовой запутанности с высокой точностью путем разработки исключительных точек четверного вырождения (EP). На основе этой конструкции асимметричное преобразование между четырьмя запутанными состояниями было реализовано путем окружения EP, что указывает на реализацию переключателя киральности для запутанных состояний. Выходное запутанное состояние при преобразовании определяется направлением вращения EP, а эффективность преобразования очень высока. Что еще более интересно, такой переключатель для запутанных состояний топологически защищен. Даже если в описанный путь вводится беспорядок, точность выходных запутанных состояний с беспорядком также не сильно меняется по сравнению со случаем без беспорядка. Это означает, что киральное переключение запутанных состояний действительно демонстрирует устойчивость к беспорядку в параметрах пути. В конце концов, они экспериментально реализовали вышеуказанную теоретическую схему, построив неэрмитову платформу квантового блуждания, и продемонстрировали надежность этого кирального переключателя для запутанных состояний. Сообщаемый дизайн откроет новые возможности для будущей квантовой информации, вычислений и коммуникаций.

Схема реализации устойчивой работы состояний квантовой запутанности с высокой точностью сильно зависит от конструкции EP с четверным вырождением. Поскольку спроектированные римановы энергетические поверхности с EP вырождения имеют те же собственные состояния, что и запутанные состояния, асимметричное преобразование между запутанными состояниями может быть реализовано путем окружения EP. Такие манипуляции с запутанными состояниями топологически защищены из-за топологических свойств структуры римановой поверхности. Эти ученые резюмируют принцип своей конструкции:

«Мы проектируем топологически защищенное переключение запутанности вокруг EP для трех целей в одной: (1) реализовать полный топологический переключатель между всеми запутанными состояниями Белла; (2) упростить разработку различных параметров для преобразования между различными запутанными состояниями; и (3) найти способ легко реализовать его в различных реальных системах».

«Поскольку точность для всех запутанных состояний, подвергающихся переключению, превышает 84%, это указывает на то, что выходные состояния очень близки к идеальным запутанным состояниям и устойчивы к беспорядку», — добавили они.

«Представленный метод можно использовать для эффективного переключения между различными состояниями квантовой запутанности, а также помочь людям манипулировать квантовой информацией в реальном мире. Этот прорыв может открыть новую площадку для будущей дистанционной квантовой передачи информации, надежных квантовых вычислений и любых других квантовых технологий». прогнозируют ученые.

###

Ссылки

DOI

10.1038/s41377-024-01514-1

Исходный URL-адрес источника

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01514-1

Информация о финансировании

Эта работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая в рамках гранта № 2022YFA1404900 и Национальным фондом естественных наук Китая (12234004 и 12374323).

О Свет: наука и приложения

Свет: наука и приложения в первую очередь будет публиковать новые результаты исследований по новейшим и новым темам оптики и фотоники, а также освещать традиционные темы оптической техники. В журнале будут публиковаться оригинальные статьи и обзоры, которые отличаются высоким качеством, вызывают большой интерес и имеют далеко идущие последствия.