Sei modi di vibrazione entangled su un solo chip a Shenzhen

All'Accademia internazionale quantistica di Shenzhen, il gruppo di Tan Dian ha messo in entanglement fino a sei modi fononici su un singolo chip, e ha trasferito alcuni di questi stati da un risonatore acustico all'altro. L'entanglement è quel legame singolare tra oggetti quantistici che mantiene intatte le loro correlazioni anche quando le parti vengono trattate separatamente. Qui gli oggetti sono vibrazioni all'interno di un solido, ed è ciò che rende il risultato insolito.

Il team ha utilizzato risonatori a onde acustiche di volume ad alta armonica, chiamati HBAR, che sostengono molti modi di vibrazione a lunga durata e possono essere integrati su chip. Gli allestimenti precedenti si affidavano spesso a cavità a microonde tridimensionali. Qui i ricercatori hanno posizionato due HBAR, qubit superconduttivi e un accoppiatore regolabile su un unico chip ibrido bidimensionale. Regolando la spaziatura delle frequenze dei modi acustici e l'accoppiamento qubit-fonone, un singolo qubit può accoppiarsi fortemente con più modi meccanici. L'articolo riporta stati genuinamente multipartiti entangled a due, quattro e sei modi, con fedeltà di 0,912, 0,790 e 0,570. Tan ha spiegato che un entanglement genuino significa che le correlazioni sono condivise dall'intero sistema multimodale e non possono essere scomposte in porzioni entangled più piccole e indipendenti. La costante diminuzione della fedeltà con l'aumentare del numero di modi mostra quanto rapidamente il compito diventi più difficile.

Il trasferimento è la seconda parte del risultato. Stati a due e a quattro modi sono stati trasferiti tra i due risonatori con fedeltà di 0,785 e 0,601. Per verificare gli stati, il gruppo ha messo a punto un metodo di tomografia, cioè un modo per ricostruire uno stato quantistico a partire da misure, che riutilizza un numero limitato di qubit su più modi e richiede solo due qubit superconduttivi. Il team sostiene che si tratta della più ampia caratterizzazione sperimentale finora di uno stato fononico multimodale su una piattaforma di acustica quantistica.

Cosa cambia per il lettore? Per ora, nulla al di fuori del laboratorio. I ricercatori propongono anche un'architettura che accoppia più qubit a più risonatori attraverso accoppiatori controllabili, con l'obiettivo a lungo termine di reti quantistiche modulari basate su fononi. Tali reti sarebbero costituite da nodi separati collegati da stati quantistici trasportati dalle vibrazioni, ma l'articolo non fornisce una tempistica né un dispositivo realizzabile su questa base. Il risultato è la dimostrazione che i componenti possono funzionare insieme, e il calo delle fedeltà segnala il divario che resta da colmare prima che l'approccio possa essere scalato.

Al lavoro partecipano diverse istituzioni oltre all'accademia, tra cui l'Università meridionale di scienza e tecnologia, la filiale di Shenzhen del Laboratorio nazionale di Hefei, l'Università di Zhejiang e l'Università di Jimei, oltre a collaboratori dell'Università di Stoccarda e dell'EPFL.