p O emaranhamento é de importância central para as novas tecnologias quânticas do século XXI. Uma equipe de pesquisa germano-austríaca está apresentando o maior registro quântico emaranhado de sistemas controláveis ​​individualmente até o momento, consistindo em um total de 20 bits quânticos. Os físicos em Innsbruck, Viena e Ulm estão levando os métodos experimentais e teóricos ao limite do que é possível atualmente. p Algumas das novas tecnologias quânticas, desde sensores extremamente precisos até computadores quânticos universais, requerem um grande número de bits quânticos para explorar as vantagens da física quântica. Físicos de todo o mundo estão, portanto, trabalhando na implementação de sistemas emaranhados com mais bits quânticos. O recorde está atualmente nas mãos do grupo de pesquisa de Rainer Blatt no Instituto de Física Experimental da Universidade de Innsbruck. Em 2011, os físicos emaranharam 14 bits quânticos individualmente endereçáveis ​​pela primeira vez e, assim, perceberam o maior registro quântico completamente emaranhado. Agora, uma equipe de pesquisa liderada por Ben Lanyon e Rainer Blatt no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica (IQOQI) da Academia Austríaca de Ciências, junto com teóricos da Universidade de Ulm e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica de Viena, alcançou o emaranhamento de múltiplas partículas controlado em um sistema de 20 bits quânticos. Os pesquisadores foram capazes de detectar um emaranhamento multipartículas genuíno entre todos os grupos vizinhos de três, quatro e cinco bits quânticos.

p Emaranhamento multipartículas genuíno

p Fisicamente, partículas emaranhadas não podem ser descritas como partículas individuais com estados definidos, mas apenas como um sistema completo. É particularmente difícil entender o emaranhamento quando numerosas partículas estão envolvidas. Aqui, uma distinção deve ser feita entre o emaranhamento de partículas individuais e o emaranhamento multipartículas genuíno. Isso só pode ser entendido como uma propriedade do sistema geral de todas as partículas em questão, e não pode ser explicado por uma combinação dos subsistemas sendo emaranhados.

p No Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica em Innsbruck, a equipe de físicos usou luz laser para emaranhar 20 átomos de cálcio em um experimento de armadilha de íons e observou a propagação dinâmica do emaranhamento de multipartículas neste sistema. "As partículas são primeiro emaranhadas aos pares, "descreve Lanyon." Com os métodos desenvolvidos por nossos colegas em Viena e Ulm, podemos, então, provar a propagação do emaranhamento para todos os trigêmeos de partículas vizinhas, a maioria dos quádruplos e alguns quíntuplos.

p Esses métodos de detecção foram desenvolvidos pelo grupo de pesquisa de Martin Plenio na Universidade de Ulm e pela equipe de Marcus Huber no IQOQI Viena. "Escolhemos uma abordagem MacGyver, "diz o primeiro autor Nicolai Friis." Tivemos que encontrar uma maneira de detectar o emaranhamento de multipartículas com um pequeno número de configurações de medição viáveis. "

p Os pesquisadores fizeram uma abordagem complementar:o grupo em torno de Huber e Friis usou um método que requer apenas algumas medições e cujos resultados podem ser facilmente avaliados. Desta maneira, o emaranhamento de três partículas pôde ser demonstrado no experimento. Os teóricos de Ulm usaram uma técnica mais complexa baseada em métodos numéricos. "Embora esta técnica seja eficiente, também atinge seus limites devido ao aumento acentuado no esforço de computação devido ao número de bits quânticos, "diz Oliver Marty do grupo de pesquisa de Martin Plenio." É por isso que a utilidade desse método também chegou ao fim com a detecção do emaranhamento de cinco partículas reais. "

p Um grande passo em direção à aplicação

p "Existem sistemas quânticos, como gases ultrafrios, nos quais foi detectado o emaranhamento entre um grande número de partículas, "diz Nicolai Friis." No entanto, o experimento de Innsbruck é capaz de abordar e ler cada bit quântico individualmente. "Portanto, é adequado para aplicações práticas, como simulações quânticas ou processamento de informações quânticas. Rainer Blatt e sua equipe esperam aumentar o número de bits quânticos no experimento. "Nossa meta de médio prazo é 50 partículas, ", diz ele." Isso poderia nos ajudar a resolver problemas que os melhores supercomputadores de hoje ainda não conseguem realizar. "

p Os métodos desenvolvidos para o experimento de armadilha de íons em Innsbruck serão usados ​​mais amplamente, os físicos em Ulm e Viena estão convencidos. "Queremos expandir ainda mais os limites de nossos métodos, "dizem Friis e Marty." Explorando simetrias e focando em certos observáveis, podemos otimizar ainda mais esses métodos para detectar um emaranhamento multipartículas ainda mais extenso.

p A pesquisa foi publicada em Revisão Física X .