Os físicos demonstraram experimentalmente o emaranhamento de 18 qubit, que é o maior estado emaranhado alcançado até agora com o controle individual de cada qubit. Como cada qubit tem dois valores possíveis, os 18 qubits podem gerar um total de 2 ¹⁸ (ou 262, 144) combinações de estados de saída. Uma vez que as informações quânticas podem ser codificadas nesses estados, os resultados têm aplicações potenciais em qualquer lugar onde o processamento de informação quântica é usado.

Os físicos, Xi-Lin Wang e co-autores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, publicaram um artigo sobre o novo registro de emaranhamento em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Nosso artigo relata emaranhamento de 18 qubit que expande um espaço de Hilbert efetivo para 262, 144 dimensões (a maior até agora) com controle total de três graus de liberdade de seis fótons individuais, incluindo seus caminhos, polarização, e momento angular orbital, "disse o co-autor Chao-Yang Lu da Universidade de Ciência e Tecnologia da China Phys.org . "Isso representa o maior emaranhamento até agora. Emaranhar um número cada vez maior de qubits não é apenas de interesse fundamental (ou seja, empurrando o limite físico, se houver um, a fim de explorar a fronteira entre o quantum e o clássico, por exemplo). Mas também, provavelmente mais importante, emaranhar um grande número de qubits é a tarefa central na computação quântica. "

Geralmente, existem duas maneiras de aumentar o número de qubits efetivos em um estado emaranhado:usar mais partículas, ou explorar os graus de liberdade adicionais das partículas (DoFs). Ao explorar vários DoFs, o emaranhamento é chamado de “hiper-emaranhamento”. Até aqui, alguns dos maiores estados emaranhados incluíram 14 íons aprisionados com um único DoF, e cinco fótons com dois DoFs (que é equivalente a emaranhamento de 10 qubit).

Embora ir além de dois DoFs apresente maiores desafios tecnológicos, no novo estudo, os físicos desenvolveram novos métodos para gerar hiper-emaranhamento escalável, produzindo um estado emaranhado de 18 qubit feito de seis fótons com três DoFs.

"Controlar vários DoFs é complicado, pois é necessário tocar um sem incomodar o outro, "Lu explicou." Para resolver isso, desenvolvemos métodos para operações lógicas quânticas reversíveis entre os diferentes DoFs do fóton com precisão e eficiências próximas da unidade. Acreditamos que nosso trabalho cria uma plataforma nova e versátil para o processamento de informações quânticas de vários fótons com vários DoFs. "

O uso de DoFs adicionais tem várias vantagens. Para um, explorar três DoFs em vez de dois dobra a capacidade de transporte de informações de cada fóton de quatro para oito estados de saída possíveis. Além disso, um estado de 18 qubit hiper-emaranhado que explora três DoFs é aproximadamente 13 ordens de magnitude mais eficiente do que um estado de 18 qubit composto de 18 fótons com um único DoF.

Com essas vantagens, os físicos esperam que a capacidade de atingir o hiper-emaranhamento de 18 qubit levará a áreas de pesquisa sem precedentes, como realizar experimentalmente certos códigos para computação quântica, implementar o teletransporte quântico de estados quânticos de alta dimensão, e permitindo violações mais extremas do realismo local.

"Nosso trabalho criou uma nova plataforma para processamento óptico de informações quânticas com vários DoFs, "Lu disse." A capacidade de controlar coerentemente 18 qubits permite o acesso experimental a regimes anteriormente inexplorados, por exemplo, a realização do código de superfície e o código Raussendorf-Harrington-Goyal para correção de erros quânticos, e o teletransporte de três DoFs de um único fóton. "

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