Seis modos de vibração emaranhados num chip, em Shenzhen

Na Academia Internacional Quântica de Shenzhen, o grupo de Tan Dian emaranhou até seis modos de fonões num único chip e transferiu alguns desses estados de um ressonador acústico para outro. O emaranhamento é a estranha ligação entre objetos quânticos que mantém as suas correlações intactas, mesmo quando as partes são tratadas separadamente. Aqui, os objetos são vibrações no interior de um sólido, o que torna este resultado invulgar.

A equipa utilizou ressonadores de onda acústica volumétrica de sobretom elevado, designados HBARs, que suportam muitos modos de vibração de longa duração e podem ser integrados em chips. As montagens anteriores recorriam frequentemente a cavidades de micro-ondas tridimensionais. Aqui, os investigadores colocaram dois HBARs, qubits supercondutores e um acoplador sintonizável num único chip híbrido bidimensional. Ao ajustar o espaçamento das frequências dos modos acústicos e o acoplamento qubit-fonão, um único qubit conseguiu acoplar-se fortemente a vários modos mecânicos. O artigo relata estados de multipartição genuinamente emaranhados de dois, quatro e seis modos, com fidelidades de 0,912, 0,790 e 0,570. Tan explicou que um emaranhamento genuíno significa que as correlações são partilhadas por todo o sistema multimodo e não podem ser divididas em peças emaranhadas menores e independentes. A descida constante da fidelidade à medida que o número de modos aumenta mostra a rapidez com que a tarefa se torna mais difícil.

A transferência é a segunda parte do resultado. Os estados de dois modos e de quatro modos foram transferidos entre os dois ressonadores com fidelidades de 0,785 e 0,601. Para verificar os estados, o grupo desenvolveu um método de tomografia, uma forma de reconstruir um estado quântico a partir de medições, que reutiliza um número limitado de qubits entre os modos e necessita de apenas dois qubits supercondutores. A equipa afirma que se trata da maior caracterização experimental de um estado de fonões multimodo numa plataforma de acústica quântica até à data.

O que muda para o leitor? Por enquanto, nada fora do laboratório. Os investigadores propõem também uma arquitetura que acopla mais qubits a mais ressonadores através de acopladores controláveis, com o objetivo de longo prazo de criar redes quânticas modulares baseadas em fonões. Essas redes seriam construídas a partir de nós separados, ligados por estados quânticos transportados por vibrações, e o artigo não apresenta um calendário nem um dispositivo que pudesse ser construído com base nisso. O resultado é uma demonstração de que os componentes conseguem funcionar em conjunto, e as fidelidades decrescentes assinalam a distância que ainda separa a abordagem de uma escala maior.

O trabalho envolve, além da academia, várias instituições, entre as quais a Universidade do Sul de Ciência e Tecnologia, o ramo de Shenzhen do Laboratório Nacional de Hefei, a Universidade de Zhejiang e a Universidade de Jimei, bem como colaboradores da Universidade de Estugarda e da EPFL.