Em 16 de outubro, a equipe do pesquisador Tan Dian, do Instituto Internacional de Pesquisa Quântica de Shenzhen, em conjunto com pesquisadores da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, e de outras instituições, obteve um avanço significativo no campo da informação quântica de fônons, realizando pela primeira vez a preparação e a transmissão entre nós de estados de fônons genuinamente emaranhados de múltiplas partes em uma plataforma experimental de chip quântico híbrido bidimensional escalável. Os resultados relacionados foram publicados no mesmo dia na revista científica internacional Science.
A equipe de pesquisa construiu um sistema quântico híbrido baseado em ressonadores mecânicos de ondas acústicas de volume de alta ordem (doravante denominados "HBAR") e qubits supercondutores, realizando a preparação de estados de fônons genuinamente emaranhados de múltiplos modos, desde dois modos e quatro modos até seis modos.
Sabe-se que os ressonadores mecânicos HBAR possuem vantagens como múltiplos modos, longa vida útil e possibilidade de integração em chip, tornando-se dispositivos-chave para a construção da próxima geração de plataformas de processamento de informação quântica. A equipe de pesquisa utilizou essa característica multimodo natural para projetar com precisão a distribuição de frequências dos modos acústicos e o acoplamento entre qubits e fônons, permitindo que um único qubit supercondutor interaja fortemente com múltiplos modos mecânicos.
Tan Dian explicou: "Emaranhamento genuíno significa que o emaranhamento desse estado quântico não pode ser reduzido a vários emaranhamentos de ordem inferior independentes entre si, mas sim a correlações quânticas compartilhadas por todo o sistema multimodo, o que constitui um recurso importante para a construção de redes quânticas multinós e o processamento distribuído de informação quântica."
Na etapa de transmissão, a equipe integrou dois ressonadores mecânicos HBAR, qubits supercondutores e acopladores quânticos ajustáveis na mesma arquitetura de chip híbrido, completando a transmissão de estados genuinamente emaranhados multimodo entre dois ressonadores mecânicos HBAR independentes.
Preparação e caracterização de estados de emaranhamento de fônons multimodo.
Tan Dian afirmou que, diferentemente das arquiteturas tradicionais que dependem de cavidades de micro-ondas tridimensionais, a arquitetura de chip bidimensional possui características de modularidade, integrabilidade e facilidade de expansão, podendo evitar as limitações espaciais e de engenharia das cavidades tridimensionais na expansão de escala e na interconexão de múltiplos nós.
Com o aumento do número de modos de fônons, como caracterizar com precisão estados quânticos multimodo tornou-se outro desafio. A equipe de pesquisa desenvolveu um método de tomografia de estados de fônons multimodo baseado na multiplexação de qubits, superando o gargalo de escala na caracterização de modos de fônons por meio da reutilização de recursos limitados de medição de qubits supercondutores entre diferentes modos de fônons.
Transmissão e caracterização de estados de emaranhamento de fônons multimodo.
Tan Dian explicou: "Com apenas dois qubits supercondutores, concluímos a tomografia de estados quânticos de estados de emaranhamento de fônons multimodo, que é atualmente a maior caracterização experimental de estados de fônons multimodo em plataformas de acústica quântica."
Além disso, a equipe de pesquisa também propôs neste trabalho uma arquitetura escalável de processamento quântico de fônons híbridos com múltiplos HBAR. Tan Dian afirmou que, com a conexão de mais ressonadores mecânicos HBAR e qubits supercondutores, espera-se expandir os recursos de emaranhamento multimodo para uma escala maior.