Máy tính lượng tử bước vào đa chiều với cổng photon bốn trạng thái

Các nhà nghiên cứu từ TU Wien và một nhóm Trung Quốc đã phát triển một cổng logic lượng tử mới cho phép tính toán lượng tử trên các cặp photon, mỗi photon tồn tại trong bốn trạng thái lượng tử khác nhau, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới tính toán lượng tử đa chiều. Khác với các thí nghiệm lượng tử truyền thống dựa trên phân cực photon (chỉ cung cấp hai trạng thái), phương pháp mới này khai thác dạng sóng không gian của photon, cụ thể là mômen động lượng quỹ đạo của chúng, có thể tồn tại trong vô số trạng thái. Điều này cho phép photon được điều khiển trong các chồng chất phức tạp hơn và các trạng thái rối lượng tử, nâng cao khả năng tính toán của các hệ thống lượng tử. Nhóm nghiên cứu đã vượt qua thách thức về sự tương tác trực tiếp hạn chế giữa các photon trong môi trường tuyến tính bằng cách thiết kế một giao thức để thực hiện cổng lật pha có điều khiển cho hai qudit photon trong các chiều tùy ý. Được chứng minh thực nghiệm và công bố trên tạp chí Nature Photonics, cổng qudit–qudit bốn chiều sử dụng mã hóa mômen động lượng quỹ đạo kết hợp với công nghệ khóa pha độ chính xác cao mới phát triển để ổn định cổng, đạt được độ trung thực quá trình từ 0,71 đến 0,85. Đột phá này đại diện cho