Los físicos han demostrado experimentalmente el entrelazamiento de 18 qubit, que es el estado entrelazado más grande logrado hasta ahora con el control individual de cada qubit. Como cada qubit tiene dos valores posibles, los 18 qubits pueden generar un total de 2 ¹⁸ (o 262, 144) combinaciones de estados de salida. Dado que la información cuántica se puede codificar en estos estados, los resultados tienen aplicaciones potenciales en cualquier lugar donde se utilice el procesamiento de información cuántica.

Los físicos Xi-Lin Wang y coautores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, han publicado un artículo sobre el nuevo registro de entrelazamientos en una edición reciente de Cartas de revisión física .

"Nuestro documento informa un entrelazamiento de 18 qubits que expande un espacio Hilbert efectivo a 262, 144 dimensiones (la más grande hasta ahora) con control total de tres grados de libertad de seis fotones individuales, incluyendo sus caminos, polarización, y momento angular orbital, ", dijo el coautor Chao-Yang Lu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Phys.org . "Esto representa el mayor entrelazamiento hasta ahora. Enredar un número cada vez mayor de qubits no solo es de interés fundamental (es decir, empujando el límite físico, si hay uno, para explorar la frontera entre cuántica y clásica, por ejemplo). Pero también, probablemente más importante, entrelazar un gran número de qubits es la tarea central de la computación cuántica ".

Generalmente, Hay dos formas de aumentar el número de qubits efectivos en un estado entrelazado:usar más partículas, o explotar los grados de libertad adicionales (DoF) de las partículas. Al explotar varios DoF, el entrelazamiento se llama "hiperenredo". Hasta aquí, algunos de los estados entrelazados más grandes han incluido 14 iones atrapados con un solo DoF, y cinco fotones con dos DoF (lo que equivale a un entrelazamiento de 10 qubit).

Aunque ir más allá de dos DoF presenta mayores desafíos tecnológicos, En el nuevo estudio, los físicos desarrollaron nuevos métodos para generar hiperenredo escalable, produciendo un estado entrelazado de 18 qubit hecho a partir de seis fotones con tres DoF.

"Controlar varios DoF es complicado, ya que es necesario tocar uno sin molestar al otro, "Lu explicó." Para resolver esto, Desarrollamos métodos para operaciones lógicas cuánticas reversibles entre los diferentes DoF del fotón con precisión y eficiencias cercanas a la unidad. Creemos que nuestro trabajo crea una plataforma nueva y versátil para el procesamiento de información cuántica de múltiples fotones con múltiples DoF ".

El uso de DoF adicionales tiene varias ventajas. Para uno, La explotación de tres DoF en lugar de dos duplica la capacidad de transporte de información de cada fotón de cuatro a ocho posibles estados de salida. Además, un estado de 18 qubit hiper-entrelazados que explota tres DoF es aproximadamente 13 órdenes de magnitud más eficiente que un estado de 18 qubit compuesto por 18 fotones con un solo DoF.

Con estas ventajas, los físicos esperan que la capacidad de lograr un hiperenredo de 18 qubit conduzca a áreas de investigación sin precedentes, como la realización experimental de ciertos códigos para la computación cuántica, implementar la teletransportación cuántica de estados cuánticos de alta dimensión, y permitir violaciones más extremas del realismo local.

"Nuestro trabajo ha creado una nueva plataforma para el procesamiento óptico de información cuántica con múltiples DoF, "Lu dijo." La capacidad de controlar coherentemente 18 qubits permite el acceso experimental a regímenes previamente inexplorados, por ejemplo, la realización del código de superficie y el código Raussendorf-Harrington-Goyal para la corrección de errores cuánticos, y la teletransportación de tres DoF de un solo fotón ".

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