Stany W trudniejsze do zniszczenia niż inne splątania
Podstawą całego przedsięwzięcia są tak zwane stany W, czyli specyficzny rodzaj kwantowego splątania, który wykazuje niezwykłą wytrzymałość. W przeciwieństwie do bardziej znanych stanów GHZ, gdzie pomiar jednej cząstki natychmiast niszczy cały układ, stany W zachowują swoje właściwości nawet po interakcji z pojedynczym elementem.
W stanie GHZ, jeśli zmierzysz jeden kubit, cała superpozycja ulega zapadnięciu. Ale w stanie W, nawet jeśli zmierzysz jedną cząstkę, splątanie nadal pozostaje tłumaczy Shigeki Takeuchi z Uniwersytetu w Kioto
Czytaj też:
Ta cecha sprawia, że stany W są szczególnie interesujące dla realnych zastosowań, gdzie stabilność ma kluczowe znaczenie. Eksperyment pozwolił na poprawne zidentyfikowanie stanu W w około 87% przypadków, co stanowi ogromny skok w porównaniu z konwencjonalnymi metodami tomograficznymi, które osiągały zaledwie 15% skuteczności. Rewolucja polega na zastosowaniu dyskretnej transformaty Fouriera do analizy subtelnych zmian fazowych. Zamiast badać każdy foton osobno, naukowcy opracowali sposób na jednoczesny pomiar wszystkich trzech cząstek. Wykorzystanie cyklicznej symetrii przesunięcia stanów W umożliwiło znacznie efektywniejszą identyfikację. Średnia wierność pomiaru wyniosła 0,871 ± 0,039, co przekracza teoretyczne maksimum dla standardowych metod. Główne źródła błędów to niedoskonałości w przygotowaniu stanu oraz ograniczenia techniczne układu pomiarowego. Trzeba jednak przyznać, iż nawet z tymi niedociągnięciami wyniki są imponujące.
Determinizm zamiast prawdopodobieństwa
To, co szczególnie wyróżnia japońskie rozwiązanie, to jego deterministyczny charakter. Podczas gdy większość protokołów w optyce liniowej działa z pewnym prawdopodobieństwem sukcesu, nowe urządzenie zapewnia powodzenie w każdym pomiarze.
Nasze urządzenie to nie tylko pomiar jednorazowy: działa ze 100% wydajnością. Większość protokołów optyki liniowej jest probabilistyczna, ale tutaj prawdopodobieństwo sukcesu wynosi jedność – dodaje Takeuchi
Technologia jest również skalowalna, co oznacza możliwość rozszerzenia na układy z większą liczbą fotonów. Nowy protokół mógłby rozwiązać jeden z najtrudniejszych problemów w technologii kwantowej: niezawodną komunikację między chipami. Potencjalne zastosowania obejmują bezpieczne kwantowe dystrybucje kluczy między wieloma stronami oraz protokoły wymiany splątania niezbędne do budowy rozległych sieci kwantowych.
Czytaj też:
W kategoriach zastosowań, komunikacja kwantowa wydaje się najbardziej obiecująca. Ponieważ nasze urządzenie jest wysoce wydajne, nasz protokół mógłby być wykorzystany do niezawodnej komunikacji między chipami komputerów kwantowych – zauważa autor badań
Naukowcy nie spoczywają na laurach i już planują kolejny etap, czyli przeniesienie całej technologii na chip fotoniczny. Taka miniaturyzacja mogłaby znacząco zmniejszyć błędy i straty fotonów, co przybliżyłoby rozwiązanie do komercyjnych zastosowań. Eksperyment toruje drogę dla rozwoju nowych protokołów sieci kwantowych. Choć do praktycznych wdrożeń droga jeszcze daleka, japońskim naukowcom udało się pokonać jedną z fundamentalnych barier w dziedzinie kwantowych pomiarów. To znaczący krok naprzód w świecie, gdzie każdy procent skuteczności ma ogromne znaczenie.