Les physiciens ont démontré expérimentalement un enchevêtrement de 18 qubits, qui est le plus grand état intriqué atteint jusqu'à présent avec un contrôle individuel de chaque qubit. Comme chaque qubit a deux valeurs possibles, les 18 qubits peuvent générer un total de 2 ¹⁸ (ou 262, 144) combinaisons d'états de sortie. Puisque l'information quantique peut être codée dans ces états, les résultats ont des applications potentielles partout où le traitement de l'information quantique est utilisé.

Les physiciens, Xi-Lin Wang et coauteurs à l'Université des sciences et technologies de Chine, ont publié un article sur le nouveau record d'enchevêtrement dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

"Notre article rapporte un enchevêtrement de 18 qubits qui étend un espace de Hilbert effectif à 262, 144 dimensions (les plus grandes à ce jour) avec un contrôle total de trois degrés de liberté de six photons individuels, y compris leurs chemins, polarisation, et le moment angulaire orbital, " a déclaré le co-auteur Chao-Yang Lu de l'Université des sciences et technologies de Chine Phys.org . « Cela représente le plus grand enchevêtrement à ce jour. Enchevêtrer un nombre de plus en plus grand de qubits est non seulement d'un intérêt fondamental (c'est-à-dire, repousser les limites physiques, Si il y en a un, afin d'explorer la frontière entre quantique et classique, par exemple). Mais aussi, probablement plus important, l'enchevêtrement d'un grand nombre de qubits est la tâche centrale du calcul quantique."

Généralement, il existe deux manières d'augmenter le nombre de qubits effectifs dans un état intriqué :utiliser plus de particules, ou exploiter les degrés de liberté supplémentaires (DoF) des particules. Lors de l'exploitation de plusieurs DoF, l'enchevêtrement est appelé « hyper-enchevêtrement ». Jusque là, certains des plus grands états intriqués ont inclus 14 ions piégés avec un seul DoF, et cinq photons avec deux DoF (ce qui équivaut à un enchevêtrement de 10 qubits).

Bien qu'aller au-delà de deux DoF présente des défis technologiques plus importants, dans la nouvelle étude, les physiciens ont développé de nouvelles méthodes pour générer un hyper-intrication évolutive, produisant un état intriqué de 18 qubits composé de six photons avec trois DoF.

"Contrôler plusieurs DoF est délicat, comme il faut en toucher un sans déranger les autres, " expliqua Lu. " Pour résoudre ce problème, nous développons des méthodes d'opérations de logique quantique réversibles entre les différents DoF du photon avec une précision et des efficacités proches de l'unité. Nous pensons que notre travail crée une nouvelle plate-forme polyvalente pour le traitement de l'information quantique multiphotonique avec plusieurs DoF."

L'utilisation de DoF supplémentaires présente plusieurs avantages. Pour un, l'exploitation de trois DoF au lieu de deux double la capacité de transport d'informations de chaque photon de quatre à huit états de sortie possibles. En outre, un état hyper-intriqué de 18 qubits qui exploite trois DoF est environ 13 ordres de grandeur plus efficace qu'un état de 18 qubits composé de 18 photons avec un seul DoF.

Avec ces avantages, les physiciens s'attendent à ce que la capacité d'obtenir un hyper-intrication de 18 qubits mènera à des domaines de recherche sans précédent, comme la réalisation expérimentale de certains codes pour l'informatique quantique, la mise en œuvre de la téléportation quantique d'états quantiques de grande dimension, et permettre des violations plus extrêmes du réalisme local.

"Notre travail a créé une nouvelle plate-forme pour le traitement de l'information quantique optique avec plusieurs DoF, " a déclaré Lu. " La capacité de contrôler de manière cohérente 18 qubits permet un accès expérimental à des régimes inexplorés auparavant, par exemple, la réalisation du code de surface et du code de Raussendorf-Harrington-Goyal pour la correction d'erreur quantique, et la téléportation de trois DoF d'un seul photon."

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