Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) Prof. Lin Yiheng liderliğindeki ve Hong Kong Çin Üniversitesi’nden Prof. Yuan Haidong ile işbirliği yapan bir araştırma ekibi, kaynak olarak kontrollü dağılım kullanarak iki, üç ve beş modda çok parçalı kuantum dolaşmış durumlar üretmeyi başardı. Çalışmaları şu adreste yayınlandı: Bilim Gelişmeleri.
Çok modlu dolaşıklık kuantum hesaplama, iletişim, simülasyon ve algılamada önemli bir kaynaktır. Kararlı ve ölçeklenebilir çok modlu dolaşıklığın elde edilmesindeki en büyük zorluklardan biri, kuantum sistemlerinin çevresel gürültüye karşı doğal duyarlılığında yatmaktadır; bu, dağılma olarak bilinen bir olgudur. Enerji tüketen etkileri azaltmak için geleneksel hazırlama yöntemleri sıklıkla sistemin çevresinden izole edilmesini gerektirir.
Son zamanlardaki teorik ve deneysel çalışmalar yenilikçi bir bakış açısını ortaya çıkardı: Düzgün bir şekilde tasarlandığında, dağılım, belirli kuantum durumlarını oluşturmak için bir kaynağa dönüştürülebilir; bu, dağılım mühendisliği olarak bilinir. Bununla birlikte, önceki ilgili deneyler tek modlu ve iki modlu kuantum sistemleriyle sınırlıydı ve çok modlu bozonik sistemlerde dolaşık durumların deneysel olarak gerçekleştirilmesinde önemli zorluklar devam ediyor.
Bu çalışmada, sıkışıp kalmış bir iyon zincirinin hassas lazer kontrolü aracılığıyla araştırmacılar, enerji tüketen dönüşler ve titreşim modları arasındaki bağlantıyı tasarlayarak belirli dağılma süreçleri üzerinde programlanabilir kontrol sağladı. Bu yaklaşım, yüksek oranda dolaşmış hedef kuantum durumunu sistemin tek kararlı durumu haline getirirken, diğer durumların da kendiliğinden ona doğru gelişmesini sağlayarak bir “otonom stabilizasyon” özelliği sergiledi. Bu, tekniğin pratikliğini ve uygulanabilirliğini önemli ölçüde artırır.
Sonuçta araştırma ekibi, ilk termal durumlardan iki, üç ve beş modlu sıkıştırılmış dolaşmış durumları hazırladı ve %84’ü aşan bir doğruluk elde etti. Oluşturulan durumlar kapsamlı bir şekilde karakterize edildi. Gerçek çok parçalı dolaşıklık, modlar arasındaki kuantum korelasyonlarının ölçülmesi ve van Loock-Furusawa ayrılmazlık kriterlerinin uygulanmasıyla doğrulandı.
Çoklu hareket modları ile iyonların iç durumları arasındaki bağlantı üzerinde hassas kontrol avantajından faydalanan sistem, daha fazla sayıda iyon ve hareket modunu barındıracak şekilde ölçeklendirilebilir.
Bu çalışma, sürekli değişken sistemlerde kuantum bilgi işleme için tuzaklı iyon sisteminin benzersiz potansiyelini ortaya koydu. Bu çalışmadaki dağılım mühendisliği yaklaşımı güçlü bir evrensellik sergilemektedir ve süperiletken boşluklar, atom toplulukları ve nanomekanik gibi çeşitli fiziksel platformlarda uygulama potansiyeline sahiptir.
Kuantum teknolojisi mühendislik olgunluğuna ve sistematik entegrasyona doğru ilerledikçe, enerji tüketen tabanlı dolaşıklık oluşturma yöntemleri, kararlı kuantum bilgi işleme sistemleri oluşturmak için güçlü destek sağlayacaktır. Kuantum hesaplamada ve çok parametreli tahminde kritik bir rol oynayacak.
