La generación eficiente de entrelazamiento entre nodos cuánticos remotos es un paso crucial para asegurar las comunicaciones cuánticas. En investigaciones anteriores, el entrelazamiento se ha logrado a menudo utilizando varios esquemas probabilísticos diferentes.

Recientemente, algunos estudios también han ofrecido demostraciones de entrelazamiento remoto determinista utilizando enfoques basados ​​en qubits superconductores. Sin embargo, la violación determinista de la desigualdad de Bell (una fuerte medida de correlación cuántica) en una arquitectura de comunicación cuántica superconductora nunca se ha demostrado hasta ahora.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago ha demostrado recientemente una violación de la desigualdad de Bell utilizando qubits superconductores conectados de forma remota. Su papel publicado en Física de la naturaleza , introduce una arquitectura simple pero robusta para lograr este resultado de referencia en un sistema superconductor.

"Hay mucho interés y actividad en el desarrollo de sistemas experimentales donde la mecánica cuántica se puede utilizar para el procesamiento de información (por ejemplo, comunicación, cálculo, etc.) y detección, "Andrew Cleland, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "El corazón de un sistema de información cuántica es un qubit, y la singularidad proviene de los estados cuánticos que puede almacenar en él, así como los estados cuánticos más complejos que puede almacenar utilizando múltiples qubits. Estábamos interesados ​​en explorar la transmisión de información cuántica y estados cuánticos:los fundamentos de la comunicación cuántica ".

Estados cuánticos, así como la información que se almacena en ellos, son increíblemente delicados, mucho más que estados clásicos e información almacenada clásicamente. Aunque teóricamente, hay formas de corregir errores en un estado cuántico, por lo general, solo se pueden corregir pequeños errores; por eso, la comunicación de un estado cuántico debe realizarse con una precisión muy alta. La transmisión de alta fidelidad de un estado cuántico se ha logrado hasta ahora utilizando un número limitado de métodos.

"Queríamos ver si podíamos utilizar algunos de los mejores qubits disponibles, qubits superconductores, y las mejores herramientas para acoplar qubits superconductores a líneas de comunicación (transmisión), para mostrar que podemos transmitir estados cuánticos con una precisión muy alta (es decir, fidelidad), "Dijo Cleland.

En física cuántica, el "estándar de oro" para probar una determinada clase de estados cuánticos es la desigualdad de Bell. Esencialmente, un conjunto específico de medidas de una propiedad de un estado cuántico (generalmente escrito como "S") puede exceder un valor clásicamente limitado de dos solo si se prepara el estado cuántico, comunicados y medidos con altos niveles de precisión.

"Errores cometidos en la preparación, transmitir o medir el estado cuántico tenderá a hacer que el estado sea más clásico, y hacer que sea más difícil superar el límite clásico de dos, "Cleland explicó." Exceder este límite se llama una violación de una desigualdad de Bell, y es una prueba de "cuántica". Esta fue la medida que nos propusimos alcanzar, midiendo S para un estado cuántico usando una generación muy precisa, transmisión, y captura de información cuántica entre dos qubits. Felizmente, pudimos hacer esto ".

En su experimento, Cleland y sus colegas utilizaron dos qubits superconductores conectados entre sí a través de una línea de transmisión de aproximadamente 1 metro de largo. La información cuántica se transmitió a lo largo de esta línea utilizando microondas (similar a las señales de radio), con una frecuencia similar a la que utilizan los teléfonos móviles para comunicarse.

"Muy importante, También teníamos 'acopladores' controlados eléctricamente entre cada qubit y la línea, ", Dijo Cleland." Estos acopladores son muy importantes, porque nos permiten controlar muy rápidamente el acoplamiento de los qubits a la línea, utilizando señales eléctricas clásicas ".

Estos acopladores controlados eléctricamente son un componente clave del experimento de los investigadores, ya que les permitieron "dar forma" al acoplamiento en el tiempo con mucha precisión. Estos acopladores aseguraron que las microondas que transportaban la información cuántica se transmitieran entre los dos qubits precisamente de la manera correcta. Esto finalmente aseguró que la información cuántica se enviara y recibiera con errores mínimos.

"Nuestro experimento muestra que se puede enviar información cuántica muy precisa a lo largo de una ruta de comunicación que es bastante larga, en nuestro caso casi un metro de longitud, "Explicó Cleland." El método que usamos funcionaría con cualquier longitud de línea. Esto demuestra que los métodos teóricos que se han elaborado para esta transmisión casi libre de errores son correctos, y es muy prometedor para los futuros sistemas de comunicación cuántica ".

El estudio realizado por Cleland y sus colegas introdujo un método simple pero efectivo para lograr una violación en la desigualdad de Bell utilizando qubits superconductores remotos. Sin embargo, como los qubits utilizados en su experimento se comunican con microondas, su método solo funciona a temperaturas muy bajas. Para comunicar información cuántica a través del aire, los investigadores necesitarían desarrollar nuevas técnicas que puedan lograr resultados similares utilizando luz infrarroja o visible.

"Ahora estamos planeando realizar versiones más complejas de este experimento, utilizando más qubits y más líneas de transmisión, para probar teorías más avanzadas para la comunicación cuántica y la corrección de errores cuánticos, ", Dijo Cleland." También estamos desarrollando métodos para intentar hacer lo mismo con la luz infrarroja, para que las señales se puedan enviar a través de una fibra óptica, oa través del espacio ".

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