In een ontwikkeling die de quantumcomputing zal revolutioneren of natuurkundigen een nieuw excuus geeft om niets handmatig te doen, hebben onderzoekers van het Institute of Science and Technology Austria (ISTA) een methode gedemonstreerd om qubits te verstrengelen met behulp van een 'quantumbad' - geen actieve controle, geen herhaalde metingen, gewoon een stroom van gecorreleerde fotonen die al het zware werk doet. Gepubliceerd in Physical Review X, bewijst het experiment eindelijk een voorspelling die meer dan 20 jaar geleden is gedaan, en markeert het de eerste keer dat iemand verstrengelde toestanden zichzelf heeft laten assembleren.

Verstrengeling, het quantumfenomeen waarbij deeltjes correlaties delen die de klassieke logica tarten, is cruciaal voor het bouwen van grotere quantumcomputers en netwerken. Voorheen moesten wetenschappers ofwel een enkel actief gecontroleerd foton tussen qubits sturen, ofwel fotonen van elke qubit matchen - een methode die de Nobelprijs voor Natuurkunde 2022 opleverde, maar nog steeds afhankelijk is van postselectie en niet altijd werkt.

Enter Alejandro Andrés-Juanes en Johannes Fink van ISTA, die, met internationale medewerkers, besloten om de omgeving het werk te laten doen. Hun 'quantumbad' - een gedeelde bron van gecorreleerde lichtdeeltjes - synchroniseert automatisch verre qubits en stabiliseert verstrengeling zelfs voorbij de eigen levensduur van de qubits. 'In onze methode is het quantumbad de bron van verstrengeling', zegt Fink. 'Het creëert een nieuwe grondtoestand door een continue stroom van gecorreleerde fotonen.' Het resultaat: verstrengelde toestanden die beschikbaar blijven voor quantumverwerking wanneer nodig, in plaats van vluchtige momenten.

Het team gebruikte microgolffotonen om de qubits aan de fotonenbron te koppelen, profiterend van hun lage energie en bestaande supergeleidende qubit-technologie. Om te bevestigen dat de qubits daadwerkelijk gesynchroniseerd waren, gebruikten ze quantumtomografie, met metingen die slechts 20-80 nanoseconden duurden (een nanoseconde is een miljardste van een seconde) om de quantumtoestanden te reconstrueren.

Dit proof-of-concept-prototype is 'een relatief eenvoudige methode die opgeschaald kan worden om meerdere verre qubits te synchroniseren', zegt Andrés-Juanes. Maar het is nog niet efficiënt - momenteel wordt slechts ongeveer 10% van de beschikbare verstrengeling van het bad overgedragen. De onderzoekers vermoeden dat de 20-jarige kloof tussen theorie en experiment te wijten is aan de oorspronkelijke geïdealiseerde omstandigheden die iets te perfect waren voor echte laboratoria. Toch biedt het prototype nieuwe mogelijkheden voor quantum-optica-experimenten en zou het kunnen helpen om quantumprocessors naar fouttolerante werking te duwen. Want eerlijk, wie zou er geen verstrengeling op autopilot willen?