Seis modos de vibración entrelazados en un chip en Shenzhen

En la Academia Internacional Cuántica de Shenzhen, el grupo de Tan Dian ha entrelazado hasta seis modos de fonones en un solo chip, y ha trasladado algunos de esos estados de un resonador acústico a otro. El entrelazamiento es ese extraño vínculo entre objetos cuánticos que mantiene sus correlaciones intactas incluso cuando las partes se tratan por separado. En este caso, los objetos son vibraciones dentro de un sólido, y eso es lo que hace inusual el resultado.

El equipo utilizó resonadores de ondas acústicas de volumen de sobretonos elevados, llamados HBAR, que soportan numerosos modos de vibración de larga duración y pueden integrarse en chips. Los montajes anteriores se apoyaban a menudo en cavidades de microondas tridimensionales. Aquí, los investigadores colocaron dos HBAR, qubits superconductores y un acoplador ajustable en un mismo chip híbrido bidimensional. Ajustando la separación de las frecuencias de los modos acústicos y el acoplamiento qubit-fonón, un solo qubit pudo acoplarse fuertemente a varios modos mecánicos. El artículo informa de estados verdaderamente multipartitos entrelazados de dos, cuatro y seis modos, con fidelidades de 0,912, 0,790 y 0,570. Tan explicó que el entrelazamiento genuino significa que las correlaciones se comparten por todo el sistema multimodo y no pueden dividirse en piezas entrelazadas más pequeñas e independientes. La caída constante de la fidelidad a medida que aumenta el número de modos muestra lo rápido que se complica la tarea.

El traslado es la segunda parte del resultado. Los estados de dos y de cuatro modos se desplazaron entre los dos resonadores con fidelidades de 0,785 y 0,601. Para verificar los estados, el grupo desarrolló un método de tomografía, es decir, una forma de reconstruir un estado cuántico a partir de mediciones, que reutiliza un número limitado de qubits entre los distintos modos y solo necesita dos qubits superconductores. El equipo afirma que se trata de la mayor caracterización experimental de un estado de fonones multimodo en una plataforma de acústica cuántica hasta la fecha.

¿Qué cambia para el lector? De momento, nada fuera del laboratorio. Los investigadores también proponen una arquitectura que acopla más qubits a más resonadores mediante acopladores controlables, con el objetivo a largo plazo de crear redes cuánticas modulares basadas en fonones. Esas redes estarían formadas por nodos separados unidos por estados cuánticos transportados por vibraciones, aunque el artículo no ofrece un calendario ni un dispositivo que pudiera construirse con esa base. El resultado es una demostración de que los componentes pueden funcionar conjuntamente, y la caída de las fidelidades marca la distancia que aún queda antes de que el enfoque pueda escalarse.

El trabajo involucra a varias instituciones además de la academia, entre ellas la Universidad del Sur de Ciencia y Tecnología, la sucursal de Shenzhen del Laboratorio Nacional de Hefei, la Universidad de Zhejiang y la Universidad de Jimei, así como colaboradores de la Universidad de Stuttgart y de EPFL.