Összefonódás

A kvantum teleportálás fontos lépés a kvantumszámítástechnika fejlesztésében. A teleportálást már számos kísérleti kvantuminformáció-feldolgozó platformon demonstrálták, és nélkülözhetetlen eszköz a kvantumhiba-javításhoz, a mérésen alapuló kvantumszámítástechnikához és a kvantumkapu teleportáláshoz.

A kvantum-teleportációt azonban korábban nem sikerült kimutatni kvantum-pont spin qubitekben, a kvantumpontokban történő teleportálás fő kihívását az egymáshoz kapcsolt spin-párok távoli helyekre történő szétválasztása jelenti a kvantum-teleportáláshoz szükséges módon. A Rochester és a Purdue Egyetem tudósai egy nemrég bemutatott módszerrel küzdötték le ezt a kihívást, az összekapcsolódott spinállapotok Heisenberg-csere útján történő létrehozásával.

Az elektron az új foton

A kutatás során kiderült, hogy elektronok között is lehetséges a teleportálás.

A tudósok elektromágneses fotonok felhasználásával hozták létre a kvantum-teleportációt, távoli, összefonódott qubit párokat hozva létre. Az eredmények segíthetnek a kvantumszámítástechnika fejlesztésében, ami forradalmasíthatja a technológiát, az orvostudományt, sőt magát a tudományt, gyorsabb és hatékonyabb processzorok és érzékelők révén.

John Nichol, a rochesteri egyetem fizika adjunktusa elmondta: „Az egyes elektronok ígéretes qubitek lehetnek, mivel könnyen kölcsönhatásba lépnek egymással, és a félvezetőkben lévő elektron qubitek skálázhatók is. A kvantumszámításhoz elengedhetetlen az elektronok közötti kölcsönhatások nagy távolságban történő megbízható létrehozása."

"A teleportáláshoz távoli, összefonódott elektron-qubiteket kell létrehozni, ami  komoly kihívásnak bizonyult: bár a fotonok természetesen terjednek nagy távolságokon, az elektronok általában egy helyre vannak korlátozva."

Heisenberg besegít

A Heisenberg csere-kapcsolódás elvén alapuló technika segített. Az egyes elektronok olyanok, mint az oszlopmágnesek, melyeknek északi és déli pólusa felfelé vagy lefelé mutat. A pólus irányát - például azt, hogy az északi pólus felfelé vagy lefelé mutat - az elektron “mágneses momentumának” vagy “kvantum spin állapotának” nevezzük.

Ha bizonyos részecskéknek megegyezik a mágneses momentuma, akkor nem lehetnek ugyanazon a helyen egy időben, vagyis két azonos kvantumállapotú elektron nem helyezkedhet el egymás közelében. Ha megtennék, az állapotuk időben folyamatosan oda-vissza cserélődne.

Nichol szerint:

„Bizonyítékokat szolgáltattunk az „összefonódások cseréjére”, összekapcsolódást hoztunk létre két elektron között, annak ellenére, hogy ezek a részecskék soha nem léptek egymással kölcsönhatásba, és a „kvantumkapu teleportálást” is megvalósítottuk,

ami a kvantumszámítástechnika potenciálisan hasznos módszere a teleportáció segítségével. Munkánk azt is bizonyította, hogy ehhez még fotonok sem kellenek.”

(Forrás: Nature Képek: Rochester University)