محققان دانشگاه اشتوتگارت با فراتر رفتن از حد نظری بازده برای اندازه‌گیری‌های حالت بل (Bell State)، به پیشرفتی در فناوری کوانتومی دست یافته‌اند. درهم تنیدگی کوانتومی، یکی از ویژگی‌های کلیدی در فناوری‌های کوانتومی، اجازه می‌دهد اطلاعات در چندین سیستم کوانتومی به روش‌هایی به اشتراک گذاشته شود که فیزیک کلاسیک نمی‌تواند تکرار کند. اندازه‌گیری‌های حالت بِل، که حالت ذرات درهم تنیده را تعیین می‌کنند، برای کاربردهای عملی مانند انتقال از راه دور کوانتومی، ارتباطات و محاسبات بسیار مهم هستند.
به طور سنتی، اندازه گیری های حالت بِل با استفاده از اپتیک خطی به حداکثر احتمال موفقیت 50٪ محدود می شد. با این حال، گروه تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور استفانی بارز در دانشگاه اشتوتگارت و مرکز علوم و فناوری کوانتومی یکپارچه (IQST) کارایی این اندازه‌گیری‌ها را فراتر از حد تئوری بهبود بخشیده است. در مطالعه ی خود که در Science Advances منتشر شده‌است، محققین دکتری ماتیاس بایرباخ و سیمون دائورلیو با معرفی فوتون های اضافی در کنار جفت فوتون درهم تنیده، به میزان موفقیت 57.9 درصد دست یافتند.
استفاده از این فوتون‌های فرعی (ancillary) ، اگرچه اجرای آزمایشی چالش برانگیز بود، اما به محققان این امکان را داد که توزیع‌های عددی فوتون متمایز را برای هر حالت بل تشخیص دهند. با استفاده از 48 آشکارساز تک فوتونی که به طور همزمان کار می کنند، تیم بر نیاز به آشکارسازهای پیچیده ای که تعداد فوتون ها را شناسایی می کنند، غلبه کرد. در حالی که مقداری همپوشانی برای دو حالت در ابتدا غیرقابل تشخیص باقی ماند، کارایی از مانع 50 درصد فراتر رفته‌است.
با اینکه افزایش از 50% به 57.9% ممکن است کم به نظر برسد، اما مزایای قابل توجهی را برای سناریوهای مربوط به اندازه گیری های متوالی، مانند ارتباطات کوانتومی از راه دور، ارائه می دهد. بهره وری بهبود یافته می تواند خطاها را به حداقل برساند و مقیاس پذیری سیستم های کوانتومی را افزایش دهد.
این دستاورد فرصت های جدیدی را برای طیف گسترده ای از فناوری های کوانتومی فوتونی باز می کند. کار محققان مجموعه ابزار مهار درهم تنیدگی کوانتومی را گسترش می دهد و کاربردهای عملی را به واقعیت نزدیک می کند.
منبع
Matthias J. Bayerbach et al, Bell-state measurement exceeding 50% success probability with linear optics, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf4080
