Forscher haben experimentell ein neues Quanteninformationsspeicherprotokoll demonstriert, mit dem Greenberger-Horne-Zeilinger-Quantenzustände (GHZ) erzeugt werden können. Es besteht großes Interesse an diesen komplexen verschränkten Zuständen aufgrund ihrer potenziellen Verwendung in Quantensensorik- und Quantenfehlerkorrekturanwendungen.
Chun-Ju Wu vom California Institute of Technology wird diese Forschung auf der präsentieren Optica Quantum 2.0 Konferenz und Ausstellungals Hybridveranstaltung vom 18. bis 22. Juni in Denver, Colorado.
Quantenbasierte Technologien speichern Informationen in Form von Qubits, dem Quantenäquivalent der in der klassischen Informatik verwendeten Binärbits. GHZ-Staaten gehen noch einen Schritt weiter, indem sie drei oder mehr Qubits verschränken. Diese erhöhte Komplexität kann genutzt werden, um mehr Informationen zu speichern und so die Präzision und Leistung in Anwendungen wie Quantensensorik und Vernetzung zu steigern.
Systeme, in denen Qubits ein zentrales Qubit umgeben, das gesteuert werden kann, bieten eine natürliche Plattform zur Vorbereitung und Nutzung solcher Zustände. Für diese Experimente verwendeten die Forscher ein einzelnes Ytterbiumionen-Qubit, das mit Lasern und On-Chip-Elektroden gesteuert werden kann, die von Kernspins in einem Kristall umgeben sind.
Konkret nutzten die Forscher ein stark lokalisiertes Ensemble aus vier deterministisch und symmetrisch positionierten Vanadium-Kernspins. Sie entwickelten die Steuerung dieser Spins und demonstrierten die Fähigkeit, Quanteninformationen in Form von GHZ-Zuständen zu speichern und abzurufen.
Darüber hinaus nutzten sie die Symmetrie ihres zentralen Spinsystems, um die gespeicherte Quanteninformation intrinsisch vor korreliertem Magnetfeldrauschen zu schützen. Dies ist ein entscheidender Beweis für die Widerstandsfähigkeit, die für reale Anwendungen erforderlich ist.
Ihre Ergebnisse zeigen die Möglichkeit, komplexe Kernspinsysteme zu nutzen, um die Funktionalität von Quantenknoten zu verbessern.
Zukünftig soll die Leistungsfähigkeit dieses Systems durch den Einsatz zusätzlicher Ensembles von Vanadium-Kernspins verbessert werden. Um diese Ziele zu erreichen, werden neuartige gepulste Steuersequenzen und Hardware mit verbesserter Steuerung entwickelt.