Oxfordfysiker låser upp två banbrytande kvantgenombrott med en enda jon

Varför det spelar roll. Quadsqueezing erbjuder en känsligare ratt för kvantmetrologi eftersom korrelationer av högre ordning kan slå den standardkvantmekaniska gränsen med bredare marginaler. Det öppnar också en väg mot att konstruera komplexa kvanttillstånd som fungerar som byggstenar för feltolerant kvantberäkning och nästa generations sensorer .

Schrödinger-katter byggda från det märkliga, inte det enkla

Det andra genombrottet landade i juni 2026 i Physical Review X. Kvantsuperpositionstillstånd – ofta kallade Schrödinger-katt-tillstånd – konstrueras vanligtvis från vanliga koherenta vågpaket, den närmaste kvantanalogin till en klassisk bana. Oxfordteamet ställde sig dock en annan fråga: tänk om varje del av superpositionen i sig själv var icke-klassisk?

Med hjälp av rörelsen hos en enskild infångad jon byggde forskarna superpositioner där de två överlappande komponenterna var klämda tillstånd – kvantkonfigurationer där osäkerheten redan är omfördelad på ett kontraintuitivt sätt. Genom att programmera jonens tillstånd med hög precision skulpterade de komplexa, asymmetriska superpositioner som tidigare inte varit möjliga att åstadkomma .

Metoden ger fysiker programmerbar kontroll över formen och egenskaperna hos katt-tillståndet. I konventionella katt-tillstånd ser kvantosäkerheten identisk ut i båda grenarna; här skiljer den sig åt, vilket skapar en rikare interferensstruktur som skulle kunna utnyttjas för felkorrigering och fundamentala tester av kvantmekaniken .

Varför det spelar roll. Kvantfelkorrigering bygger på att koda information över tillstånd som är robusta mot brus. Att generera superpositioner från icke-klassiska komponenter, som klämda tillstånd, skulle kunna producera logiska kvantbitar (qubits) som är mer motståndskraftiga från grunden. Arbetet skärper också testbädden för grundläggande frågor om dekoherens och övergången från kvant till klassisk fysik .

Varför en enskild infångad jon?

Båda genombrotten delar en gemensam scen: en enskild infångad jon – sannolikt en kalcium- eller strontiumisotop – som hålls nästan orörlig av radiofrekventa elektriska fält. En infångad jon kombinerar två olika kvantsystem: ett välisolerat internt elektroniskt tillstånd som fungerar som en kvantbit, och rörelsemoder som kan laserkylas till kvantmekaniskt grundtillstånd. Denna dubbla natur gör joner till en idealisk plattform för att generera och analysera komplexa kvanttillstånd .

Avgörande är att Oxford Ion Trap Group har förfinat denna plattform i åratal. I juni 2025 satte samma grupp ett världsrekord i precision för operationer på en enda kvantbit, med en felfrekvens på endast 0,000015 % , eller ett misstag på 6,7 miljoner operationer . Den extrema kontrollen över individuella kvantbitar är grunden som möjliggjorde resultaten med quadsqueezing och katt-tillstånd under 2026.

Varken quadsqueezing eller programmerbara katt-tillstånd kommer att dyka upp i en kommersiell kvantdator i morgon. Men tillsammans fyller de två olika luckor i kvantverktygslådan: den ena erbjuder en snabbare och renare väg till sammanflätning av hög ordning för avkänning och metrologi, medan den andra levererar ett nytt sätt att forma information för felkorrigering. Båda visar att en enda, välkontrollerad jon förblir en av de mest mångsidiga plattformarna för att utforska – och utnyttja – kvantfysikens djupaste regler.