Надёжное формирование квантовых состояний, особенно тех, которые включают несколько частиц, имеет решающее значение для развития различных квантовых технологий, включая квантовые компьютеры, датчики и системы связи. Эти коллективные квантовые состояния включают так называемые состояния Дике и Гринбергера-Хорна-Цайлингера (GHZ) — многочастичные запутанные состояния, которые можно использовать для точных измерений, исправления ошибок, совершаемых квантовыми компьютерами, и обеспечения связи между удалёнными устройствами с использованием квантово-механических эффектов.
Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон и Копенгагенского университета недавно представили новую стратегию эффективного создания этих запутанных состояний в оптическом резонаторе — структуре, используемой для улавливания и усиления света. Их подход, описанный в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, основан на использовании инструмента квантовых вычислений — алгоритма поиска Гровера.
Омар Нагиб, первый автор статьи, рассказал Phys.org: «Запутанные состояния являются важным ресурсом в квантовой информации, но их создание было ограничено, поскольку предыдущие предложения либо имели низкую вероятность успеха, либо были слишком подвержены ошибкам. Мы предлагаем эффективную схему для создания запутанных состояний многих атомов внутри резонатора».
В рамках своего недавнего исследования Нагиб и его коллеги попытались изучить возможность создания запутанных состояний с помощью алгоритма поиска Гровера. Это квантовый алгоритм, разработанный Ловом Гровером в 1996 году, предназначенный для поиска определённого «помеченного» элемента в несортированной базе данных быстрее, чем классические алгоритмы.
Нагиб объяснил: «Мы показали, что алгоритм Гровера, квантовый алгоритм для неструктурированного поиска, можно адаптировать для быстрого создания класса важных запутанных состояний, называемых состояниями Дике, GHZ и состояниями кота Шрёдингера. Хотя алгоритм Гровера в целом сложно реализовать, мы показали, что его можно эффективно реализовать в резонаторе, содержащем атомный ансамбль, путём многократного отражения одиночных фотонов от резонатора».
Чтобы продемонстрировать потенциал своей предложенной стратегии, исследователи изучили её использование для создания различных запутанных состояний в системе, состоящей из атомов внутри оптического резонатора. В итоге они теоретически показали, что можно реализовать различные состояния, включая состояния Дике, GHZ и состояния Шрёдингера.
«Любое состояние Дике с 500 атомами или менее можно создать, воздействуя на резонатор максимум восемью одиночными фотонами, что делает этот подход масштабируемым, — сказал Нагиб. — Предлагаемая схема также является общей и реализуемой в других физических системах, таких как сверхпроводящие кубиты в резонаторе, захваченные ионы и нейтральные (ридинговские) атомы».
Эта недавняя работа Нагиба и его коллег может открыть новые возможности для реализации квантовых состояний и, таким образом, для разработки широкого спектра тщательно спроектированных квантовых устройств. В будущем она может вдохновить другие исследовательские группы на адаптацию алгоритма поиска Гровера для создания желаемых квантовых состояний в различных системах, включая системы, состоящие из атомов, сверхпроводящих кубитов и захваченных ионов.
«Настоящее предложение требует резонаторов с небольшими потерями, что экспериментально сложно, и поэтому было бы интересно посмотреть, можно ли ослабить это требование путём модификации схемы, — добавил Нагиб. — Также было бы интересно определить, можно ли расширить настоящую работу для эффективного создания более широкого класса запутанных состояний».
© 2025 Science X Network
Больше из раздела [Квантовая физика](https://www.physicsforums.com/forums/quantum-physics.62/).