Дослідники з університетів Китаю та Тайваню успішно реалізували метод відновлення прихованих квантових кореляцій із багатовимірних заплутаних станів за допомогою однокопійної локальної фільтрації.
Міжнародна команда дослідників з Шаньдунського університету в Китаї та Національного університету Чен Кун у Тайвані досягла важливих успіхів у сфері квантових технологій, створивши масштабований метод для відновлення квантових характеристик за допомогою багатовимірної заплутаності.
Квантова заплутаність виступає важливим елементом для розвитку квантових технологій, оскільки вона встановлює унікальний зв'язок між частинками. У цьому зв'язку вимірювання стану однієї частинки миттєво впливає на стан іншої, незалежно від відстані, що їх розділяє. Проте, цей квантовий стан є надзвичайно чутливим до шуму – випадкових взаємодій з навколишнім середовищем, які можуть негативно вплинути на його корисні властивості.
Вчені зробили значний прогрес у вирішенні цієї проблеми, використавши метод однокопійної локальної фільтрації (ScLF). "Процеси підготовки та обробки квантової заплутаності ніколи не є ідеальними, що знижує їхню ефективність у задачах квантової інформаційної обробки," – зазначає Хе Лу, один із авторів дослідження.
На відміну від традиційних протоколів дистиляції, які вимагають складної колективної маніпуляції багатьма копіями квантових станів, новий підхід значно простіший у реалізації, особливо для фотонних систем. Ідея однокопійної дистиляції виникла під час наукової співпраці між дослідниками у 2019 році.
Для демонстрації ефективності свого методу науковці провели серію експериментів із використанням двокутритної фотонної системи, де кожна квантова одиниця може існувати в суперпозиції трьох станів. Вони підготували тривимірні стани Вернера, закодовані в ступенях свободи фотонних пар.
"На початку ми створили двокубітний стан Вернера, використовуючи поляризаційний ступінь свободи. Після цього застосували масив зміщувачів променя та хвильових пластинок для трансформації квантової інформації у просторовий ступінь свободи," -- пояснює Лу. "Процес однокопійної локальної фільтрації є досить простим — він потребує лише блокування одного з трьох можливих шляхів."
Теоретичний аналіз підтвердив результативність методу дистиляції квантових кореляцій. Хоча експериментальні недоліки мали місце, техніка ScLF успішно змінила підготовлені стани відповідно до прогнозів, що дало змогу виявити раніше непомічені квантові властивості.
"Одним із найзахопливіших моментів стало повторне відкриття кубітного розкладання станів Вернера, неявно наведене в роботі Попеску", -- зазначає співавтор Єонг-Черн Ліанг. "Це не лише пролило світло на питання, чому слід надавати перевагу кубітній проєкції перед іншими ScLF, але й уможливило наш експериментальний доказ".
Інноваційний метод дистиляції здатен істотно спростити експериментальні процедури, які потрібні для виділення корисних квантових характеристик з шумних взаємодій. Результати експериментів та теоретичного дослідження вказують на те, що запропонований підхід до дистиляції має потенціал для масштабування і може бути впроваджений у квантові системи з більшою кількістю вимірів.
Результати дослідження можуть мати важливі теоретичні наслідки, оскільки вони ставлять під сумнів попередні уявлення про те, що заплутаність може стати корисною лише після значного "очищення" від шуму.
Дослідники мають намір продовжити свої експерименти в цій галузі. Теоретики зосередяться на створенні ще більш досконалого протоколу однокопійної дистиляції, який дозволить ефективніше видобувати справжні квантові властивості з Вернерових станів, або ж підтвердять оптимальність існуючого підходу. Експериментатори, в свою чергу, планують реалізувати новий дистиляційний протокол на квантових станах, що містять більшу кількість вимірювань.
"У цьому дослідженні ми показали однокопійну дистиляцію на тривимірних квантових станах," — зазначає Лу. "Мені цікаво вивчити стани ще більшої розмірності, хоча впровадження нашої схеми за допомогою об'ємної оптики в таких випадках виглядає досить складним завданням. Проте стрімкий прогрес в інтегральній оптиці відкриває нові можливості для реалізації подібних демонстрацій."
#Університет #Експеримент #Зв'язок #Китай (регіон) #Тайвань #Прогрес (історія) #Шум #Оптика #Дистиляція #Квантовий стан #Квантова заплутаність #Акваріумний фільтр #Вимір #Квант
