Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta

Kvanttibitin vähemmän tunnettu serkku kuditti voi kuljettaa enemmän informaatiota ja kestää paremmin kohinaa – molemmat tärkeitä ominaisuuksia, joita tarvitaan kvanttiverkkojen suorituskyvyn parantamiseen, kvanttiavainten jakelujärjestelmissä ja lopulta kvantti-internetissä.

Perinteisillä kubiteilla on kaksi tasoa mutta lisäämällä tasoja ne muuttuvat kuditeiksi ja se tarkoittaa eri tasojen tai arvojen määrää, jotka voidaan koodata fotoniin.

Äskettäin Oak Ridge National Laboratoryn, Purduen yliopiston ja EPFL:n tutkijat luonnehtivat täysin lomittunutta kahdeksan tason kudittien paria, jotka muodostivat 64-ulotteisen kvanttiavaruuden – nelinkertaistaen edellinen diskreettien taajuusmooditietueen ennätyksen.

Lomittuneita kuditteja on ollut tähän asti vaikea mitata, sillä niillä on ei-klassinen korrelaatio riippumatta niiden välisestä fyysisestä etäisyydestä. Näistä haasteista huolimatta kaksi taajuuksiinsa lomittuneiden fotonien muodossa olevaa kudittia sopivat hyvin kvantti-informaation kuljettamiseen, koska ne voivat seurata määrättyä reittiä optisen kuidun läpi ilman, että ympäristö muuttaa niitä merkittävästi.

"Yhdistimme huippuluokan taajuussiilojen tuotannon huippuluokan valonlähteisiin ja käytimme sitten tekniikkaamme karakterisoidaksemme korkean ulottuvuuden kudittien lomittumista sellaisella tarkkuudella, jota ei ole aiemmin osoitettu," sanoo ORNL tutkija Joseph Lukens.

Tyypillisesti kudit-kokeet vaativat tutkijoita rakentamaan kvanttiportiksi kutsutun kvanttipiirin. Mutta tällä kertaa tutkijat käyttivät mikrorengasresonaattoria, sähköoptista vaihemodulaattoria ja pulssinmuotoilijaa mutta erityisesti he hyödynsivät satunnaisuutta etsiessään erilaisia taajuuskorrelaatioita.

Työstääkseen taaksepäin ja päätelläkseen mitkä kvanttitilat tuottivat taajuuskorrelaatioita, jotka ovat ihanteellisia kudit-sovelluksiin, tutkijat kehittivät data-analyysin työkalun, joka perustuu tilastolliseen Bayesin päättelyn menetelmään ja tekivät sen avulla tietokonesimulaatioita.

Tutkijat hienosäätävät nyt mittausmenetelmäänsä valmistautuakseen sarjaan kokeiluja. Lähettämällä signaaleja optisen kuidun kautta, he pyrkivät testaamaan kvanttiviestintäprotokollia, kuten teleportaatiota, joka on kvantti-informaation siirtomenetelmä ja lomittumistapaa, jossa kaksi aiemmin toisiinsa liittymätöntä hiukkasta lomittuu.

Aiheesta aiemmin:

Kaksi täysin lomittunutta kudittia

Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään

Enemmän kuin kubitti: Kvanttilaskentaa kutriteilla