Um dos conceitos-chave da física quântica é o emaranhamento, em que dois ou mais sistemas quânticos se tornam tão inextricavelmente ligados que seu estado coletivo não pode ser determinado pela observação de cada elemento individualmente. Agora, os pesquisadores de Yale desenvolveram um "enredador universal" que pode conectar uma variedade de partículas codificadas sob demanda.

A descoberta representa um novo mecanismo poderoso com usos potenciais em computação quântica, criptografia, e comunicações quânticas. A pesquisa é liderada pelo laboratório de Yale de Robert Schoelkopf e aparece na revista Natureza .

Cálculos quânticos são realizados com bits delicados de dados chamados qubits, que estão sujeitos a erros. Para implementar a computação quântica fiel, cientistas dizem, eles precisam de qubits "lógicos" cujos erros podem ser detectados e retificados usando códigos de correção de erros quânticos.

"Mostramos uma nova maneira de criar portas entre qubits codificados logicamente que podem, eventualmente, ser corrigidos de erros, "disse Schoelkopf, o Sterling Professor de Física Aplicada e Física em Yale e diretor do Yale Quantum Institute. "É uma operação muito mais sofisticada do que a realizada anteriormente."

O mecanismo de emaranhamento é chamado de porta SWAP exponencial. No estudo, pesquisadores demonstraram a nova tecnologia entrelaçando deterministicamente estados codificados em quaisquer configurações ou códigos escolhidos, cada um alojado em dois isolados de outra forma, Cavidades de micro-ondas supercondutoras 3-D.

"Este emaranhado universal é fundamental para a computação quântica robusta, "disse Yvonne Gao, co-primeiro autor do estudo. "Os cientistas inventaram uma grande variedade de ferramentas eficientes em hardware, códigos de correção de erros quânticos - cada um habilmente projetado com características exclusivas que podem ser exploradas para diferentes aplicações. Contudo, cada um deles requer a instalação de um novo conjunto de operações personalizadas, introduzindo uma sobrecarga de hardware significativa e versatilidade reduzida. "

O emaranhado universal atenua essa limitação fornecendo uma porta entre quaisquer estados de entrada desejados. "Agora podemos escolher quaisquer códigos desejados ou até mesmo alterá-los em tempo real, sem ter que reconectar a operação, "disse o co-primeiro autor Brian Lester.

A descoberta é apenas o último passo no trabalho de pesquisa quântica de Yale. Os cientistas de Yale estão na vanguarda dos esforços para desenvolver os primeiros computadores quânticos totalmente úteis e fizeram um trabalho pioneiro em computação quântica com circuitos supercondutores.