Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойФизикаДекодирование квантовой нелокальности: новый критерий для квантовых сетей

Декодирование квантовой нелокальности: новый критерий для квантовых сетей

- Advertisement -

Запутанные квантовые объекты можно использовать для систем, разделенных сетью. Исследователи демонстрируют, что необходимо для нелокальных корреляций, что является требованием для полезной квантовой сети. Предоставлено: Инженерный колледж Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне/Уэсли Мур.

Исследователи разработали теоретическую основу, которая обеспечивает более глубокое понимание квантовой нелокальности — жизненно важного свойства квантовых сетей, позволяющего превосходить классические технологии. Их исследование объединило предыдущие исследования нелокальности и показало, что нелокальность достижима только с помощью ограниченного набора квантовых операций. Эта структура может помочь в оценке качества квантовых сетей и расширить наше понимание нелокальности.

Введение и обзор

Было проведено новое теоретическое исследование, обеспечивающее основу для понимания нелокальности. Это важнейшая характеристика, которой должны обладать квантовые сети для выполнения задач, недостижимых с помощью традиционных коммуникационных технологий. Участвующие исследователи прояснили концепцию нелокальности, наметив условия, необходимые для создания систем с сильными квантовыми корреляциями.

Нелокальность и квантовые вычисления

Опубликовано в журнале Письма о физическом обзореизучение адаптированных методик из квантовые вычисления теории для формирования новой схемы классификации квантовой нелокальности. Эта адаптация не только позволила исследователям объединить предыдущие исследования концепции в единую структуру, но и позволила им доказать, что сетевые квантовые системы могут проявлять нелокальность только в том случае, если они обладают определенным набором квантовых характеристик.

Эрик Читамбар, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейне и руководитель проекта, объяснил: «На первый взгляд, квантовые вычисления и нелокальность в квантовых сетях — разные вещи, но наше исследование показывает, что в определенном смысле они являются двумя сторонами одной медали. В частности, им требуется тот же фундаментальный набор квантовых операций для создания эффектов, которые нельзя воспроизвести с помощью классической технологии».

Последствия запутанности

Нелокальность является следствием запутанности, процесса, при котором квантовые объекты сохраняют прочные связи, даже если их разделяют огромные физические расстояния. Когда запутанные объекты используются в квантовых операциях, результаты отображают статистические корреляции, необъяснимые неквантовыми методами. Эти корреляции описываются как нелокальные. Квантовая сеть должна обладать определенной степенью нелокальности, чтобы гарантировать ее способность выполнять действительно квантовые функции. Однако это явление остается недостаточно изученным.

Нелокальность как ресурс

Чтобы улучшить изучение нелокальности, Читамбар и аспирантка-физик Аманда Гатто Ламас применили формализм теории квантовых ресурсов. Они относились к нелокальности как к «ресурсу» для управления. Этот подход позволил им рассматривать предыдущие исследования нелокальности как отдельные примеры одной и той же концепции, хотя и с различными ограничениями доступности ресурса. Эта стратегия в конечном итоге облегчила доказательство их основного вывода: нелокальность может быть достигнута только с помощью ограниченного набора квантовых операций.

Понимание квантовых сетей

«Наш результат — аналог квантовой сети важного результата квантовых вычислений, называемого теоремой Готтсмана-Книлла», — объяснил Гатто Ламас. «В то время как Готтсман-Нилл четко определяет, что должен делать квантовый компьютер, чтобы превзойти классический, мы показываем, что квантовая сеть должна быть построена с определенным набором операций, чтобы делать то, что стандартная коммуникационная сеть не может».

Будущие приложения и идеи

Читамбар надеется, что эта структура послужит инструментом для разработки критериев для оценки качества квантовой сети на основе степени ее нелокальности. Кроме того, он считает, что это может быть использовано для расширения понимания нелокальности.

«Сейчас существует относительно хорошее понимание типа нелокальности, которая может возникнуть между двумя сторонами», — сказал он. «Однако можно представить, что для квантовой сети, состоящей из множества связанных сторон, может быть какое-то глобальное свойство, которое нельзя свести к отдельным парам в сети. Такое свойство может тесно зависеть от общей структуры сети».

Ссылка: «Многосторонняя нелокальность в сетях Клиффорда» Аманды Гатто Ламас и Эрика Читамбара, 5 июня 2023 г., Письма о физическом обзоре.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.240802

Читамбар также является членом Иллинойского центра квантовой информации и технологий. Это исследование является кульминацией работы, начатой, когда Гатто Ламас был участником программы «Исследовательский опыт для студентов», организованной физическим факультетом Университета I.

Поддержку оказала программа Q-NEXT, возглавляемая Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме