O emaranhamento quântico é uma característica chave da computação quântica. Ainda, como os pesquisadores podem verificar se um computador quântico realmente incorpora o emaranhamento em grande escala? Os métodos convencionais requerem um grande número de medições repetidas, apresentando dificuldades de pesquisa. Aleksandra Dimić da Universidade de Belgrado e Borivoje Dakić da Academia Austríaca de Ciências e da Universidade de Viena desenvolveram um novo método para o qual até mesmo uma única execução experimental é suficiente para provar a presença de emaranhamento. Seus resultados são publicados no jornal online de acesso aberto npj Quantum Information .

O objetivo final da ciência da informação quântica é desenvolver computadores quânticos, dispositivos totalmente controláveis ​​que fazem uso dos estados quânticos das partículas subatômicas para armazenar informações. Tal como acontece com todas as tecnologias quânticas, a computação quântica é baseada em uma característica peculiar da mecânica quântica conhecida como emaranhamento quântico. As unidades básicas de informação quântica, qubits, precisa se correlacionar dessa maneira particular para que o computador quântico atinja todo o seu potencial.

Um dos principais desafios é garantir que um computador quântico totalmente funcional esteja funcionando conforme o previsto. Em particular, os cientistas precisam mostrar que o grande número de qubits são confiavelmente emaranhados. Os métodos convencionais requerem um grande número de medições repetidas nos qubits para uma verificação confiável. Quanto mais uma medição é repetida, mais certos os pesquisadores podem estar sobre a presença de emaranhamento. Portanto, emaranhamento de benchmarking em grandes sistemas quânticos requer muitos recursos e tempo, o que é praticamente difícil ou simplesmente impossível. Podemos provar o emaranhamento com apenas um baixo número de tentativas de medição?

No estudo atual, os pesquisadores desenvolveram um novo método de verificação que requer significativamente menos recursos, e em muitos casos, mesmo apenas uma única medição para provar o emaranhamento em grande escala com alta confiança. Aleksandra Dimić, da Universidade de Belgrado, sugere esta analogia:"Considere uma máquina que joga simultaneamente 10 moedas. Nós fabricamos a máquina de forma que ela produza moedas correlacionadas. Agora queremos validar se a máquina produz o resultado esperado. Imagine uma única tentativa revelando todas as moedas caindo na cauda. Esta é uma assinatura clara de correlações, já que 10 moedas independentes têm 0,01% de chance de cair no mesmo lado simultaneamente. De tal evento, certificamos a presença de correlações com mais de 99,9 por cento de confiança. Esta situação é muito semelhante às correlações quânticas capturadas pelo emaranhamento. "

Borivoje Dakić diz, "Em contraste com as moedas clássicas, qubits podem ser medidos em muitos, muitas maneiras diferentes. O resultado da medição ainda é uma sequência de zeros e uns, mas sua estrutura depende muito de como escolhemos medir qubits individuais. Percebemos que, se escolhermos essas medidas de uma maneira peculiar, o emaranhamento deixará impressões digitais únicas no padrão medido. "

O método promete uma redução dramática no tempo e recursos necessários para benchmark confiável de dispositivos quânticos futuros.