Oxford-fysikere åbner to nye døre til kvantekontrol med en enkelt fanget ion

Hvorfor det er vigtigt. Quadsqueezing giver en mere følsom kontrolknap til kvantemetrologi, fordi højere ordens korrelationer kan slå den standard kvantegrænse med større marginer. Det åbner også en vej mod at konstruere komplekse kvantetilstande, der kan tjene som byggesten til fejltolerant kvanteberegning og næste generations sensorer .

Schrödingers katte bygget af det besynderlige, ikke det simple

Det andet gennembrud landede i juni 2026 i Physical Review X. Kvantesuperpositionstilstande – ofte kaldet Schrödingers kat-tilstande – samles typisk af almindelige kohærente bølgepakker, den tætteste kvanteanalogi til et klassisk kredsløb. Oxford-holdet stillede imidlertid et andet spørgsmål: Hvad nu, hvis hver del af superpositionen i sig selv var fundamentalt ikke-klassisk?

Ved at bruge bevægelsen af en enkelt fanget ion byggede forskerne superpositioner, hvor de to overlappende komponenter var squeezede tilstande – kvantekonfigurationer, hvor usikkerheden allerede er omfordelt på en kontraintuitiv måde. Ved at programmere ionens tilstand med høj præcision skulpterede de komplekse, asymmetriske superpositioner, som ikke havde været opnåelige før .

Metoden giver fysikere programmerbar kontrol over kattetilstandens form og egenskaber. I konventionelle katte-tilstande ser kvanteusikkerheden identisk ud i begge grene; her er den forskellig, hvilket skaber en rigere interferensstruktur, der kan udnyttes til fejlkorrektion og fundamentale test af kvantemekanikken .

Hvorfor det er vigtigt. Kvantefejlkorrektion afhænger af at indkode information i tilstande, der er robuste over for støj. At generere superpositioner fra ikke-klassiske komponenter, såsom squeezede tilstande, kunne producere logiske qubits, der i sig selv er mere modstandsdygtige. Arbejdet skærper også testlejet for fundamentale spørgsmål om dekohærens og overgangen fra kvante til klassisk .

Hvorfor en enkelt fanget ion?

Begge gennembrud deler en fælles scene: en enkelt fanget ion – sandsynligvis en calcium- eller strontiumisotop – holdt næsten ubevægelig af radiofrekvente elektriske felter. En fanget ion kombinerer to forskellige kvantesystemer: en velisoleret intern elektronisk tilstand, der fungerer som en qubit, og bevægelsesmodi, der kan laserkøles til kvantegrundtilstanden. Denne dobbelte natur gør ioner til en ideel platform til at generere og analysere komplekse kvantetilstande .

Afgørende er det, at Oxford Ion Trap Group har forfinet denne platform i årevis. I juni 2025 satte den samme gruppe verdensrekord i single-qubit gate-præcision og opnåede en fejlrate på blot 0,000015%, eller én fejl i 6,7 millioner operationer . Den ekstreme kontrol over individuelle qubits er fundamentet, der gjorde resultaterne med quadsqueezing og kat-tilstande i 2026 mulige.

Hverken quadsqueezing eller programmerbare katte-tilstande dukker op i en kommerciel kvantecomputer i morgen. Men tilsammen udfylder de to forskellige huller i kvanteværktøjskassen: Det ene giver en hurtigere, renere vej til højere ordens sammenfiltring til sansning og metrologi, mens det andet leverer en ny måde at forme information til fejlkorrektion på. Begge viser, at en enkelt, velkontrolleret ion forbliver en af de mest alsidige platforme til at udforske – og udnytte – kvantefysikkens dybeste regler.