محققان چینی از دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) و موسسات همکار با دستیابی به پیشرفت‌هایی در تهیه و اندازه‌گیری حالت‌های درهم تنیده چندبخشیِ (multipartite) مقیاس‌پذیر، در زمینه تحقیقات کوانتومی پیشرفت چشمگیری داشته‌اند. این تیم به رهبری Ma Xiongfeng از USTC، با استفاده از اتم‌های فوق‌سرد که در شبکه‌های نوری به دام افتاده‌اند، با موفقیت حالت‌های درهم تنیده چند اتمی را ایجاد کردند.
محققان از یک آرایه اتمی دو بعدی استفاده کردند و جفت های کیوبیت اتمی درهم تنیده را تولید کردند که به صورت متوالی به هم متصل بودند. کار پیشگامانه آنها در Physical Review Letters منتشر شده است، و انجمن فیزیک آمریکا، با ارائه در Physics Magazine تحت عنوان "Milestone for Optical-Lattice Quantum Computer" ، دستاورد آنها را به رسمیت شناخت.
درهم تنیدگی کوانتومی یک پدیده کلیدی در محاسبات کوانتومی است و قابلیت‌های سیستم‌های کوانتومی با تعداد کیوبیت‌های درهم‌تنیده به طور تصاعدی افزایش می‌یابد. بنابراین، آماده‌سازی، اندازه‌گیری و دستکاری حالت‌های درهم‌تنیده در مقیاس بزرگ چالش‌های حیاتی در تحقیقات کوانتومی است.
کیوبیت های اتمی فوق سرد در شبکه های نوری به دلیل انسجام استثنایی، مقیاس پذیری و کنترل کوانتومی با دقت بالا به عنوان سیستم فیزیکی برای پیاده سازی بیت های کوانتومی انتخاب شدند. تیم تحقیقاتی USTC از سال 2010 در حال مطالعه انتقال فاز چند جسمی، برهمکنش های اتمی و دینامیک توزیع آنتروپی در شبکه های نوری بوده است.
تا سال 2020، این تیم با بیش از 1000 جفت اتم درهم تنیده به وفاداری 99.3 درصدی درهم تنیدگی چشمگیر دست یافت. این امر راه را برای افزایش وفاداری درهم تنیدگی اتمی، بهبود کنترل اتمی موازی، و پایه گذاری حالت های درهم تنیده چند اتمی بزرگتر و تحقیقات بیشتر در محاسبات کوانتومی هموار کرد.
برای غلبه بر چالش‌های فنی مربوط به کنترل فردی کیوبیت اتمی ، تغییر فاز در شبکه‌های نوری، و تشخیص و کنترل حالت‌های درهم‌تنیدگی چند اتمی، تیمی به رهبری پان جیان‌وی و یوان ژن‌شنگ سیستم جدیدی توسعه دادند و به نرخ پر شدن 99.2 درصد از یک آرایه اتمی دو بعدی دست یافتند و حالت های بل درهم تنیده را با میانگین وفاداری 95.6 درصد و طول عمر 2.2 ثانیه آماده کردند. آنها همچنین جفت های درهم تنیده مجاور را به هم متصل کردند تا یک زنجیره درهم تنیده 10 اتمی و یک بلوک درهم پیچیده دو بعدی هشت اتمی ایجاد کنند.
این پیشرفت ها نشان دهنده گامی مهم به سوی محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ و شبیه سازی با استفاده از شبکه های نوری است. توانایی آماده‌سازی و اندازه‌گیری حالت‌های درهم‌تنیده چند بخشی مقیاس‌پذیر، فرصت‌های جدیدی را برای پیشرفت فناوری‌های محاسباتی کوانتومی و فشار دادن مرزهای پردازش اطلاعات کوانتومی باز می‌کند.
منبع
Wei-Yong Zhang et al, Scalable Multipartite Entanglement Created by Spin Exchange in an Optical Lattice, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.073401
