At fange ioner med statiske magnetiske og elektriske felter i stedet for et oscillerende elektromagnetisk felt kunne gøre det lettere at bruge ioner som byggesten til kvantecomputere. Den nye tilgang, som er udviklet af forskere ved ETH Zurich i Schweiz, giver bedre kontrol over en ions kvantetilstand og position og markerer et vigtigt skridt i retning af at opskalere fangede ioner som en platform for kvanteberegning.
Kvantecomputere kan overgå de klassiske ved visse problemer. At realisere deres fulde potentiale vil dog kræve maskiner, der kan manipulere omkring 1 million kvantebits (qubits). Dette er størrelsesordener mere end nutidens største kvanteprocessorer, og opskalering er udfordrende, fordi qubits bliver sværere at producere og kontrollere, efterhånden som deres antal stiger.
For eksempel holdes de ioner, der bruges som qubits i fangede-ion kvanteprocessorer, normalt på plads af elektromagnetiske felter, der oscillerer ved radiofrekvenser (RF), og deres kvantetilstande styres og aflæses med pulser af laserlys. Dette fungerer godt for op til 30 qubits, men det er vanskeligt at skalere til højere tal. Det er udfordrende at kombinere RF-felter i det lille rum på en enkelt chip, og felterne opvarmer også fælden, hvilket forstyrrer ionernes kvanteadfærd. Et yderligere problem er, at strukturen af RF-felterne begrænser fældeplaceringer til et lineært gitter.
Penning fælder
ETH-teamet adresserede disse problemer ved at skifte til en type fælde, der traditionelt bruges til at begrænse ioner til applikationer såsom præcisionsspektroskopi og kvantesimuleringer. Disse såkaldte Penning-fælder erstatter RF-felter med stærke statiske magnetiske felter, hvilket eliminerer opvarmning og fjerner restriktioner på fældekonfigurationen. Men stærke magnetfelter bringer deres egne udfordringer. Deres tilstedeværelse øger afstanden mellem ionernes energitilstande, hvilket gør det sværere at kontrollere disse tilstande med lys fra simple, billige diodelasere. De superledende magneter, der producerer dem, er også omfangsrige, og laserlys skal ledes rundt om dem.
For at overvinde disse udfordringer konstruerede ETH-forskerne deres Penning-fælde ved at placere en mikrofabrikeret chip (produceret af kolleger ved Leibniz Universitet i Hannover, Tyskland) med flere elektroder inde i en 3 Tesla-superledende magnet. Et system af spejle leder faselåste laserstråler gennem magneten til ionerne, og hele opstillingen placeres i vakuum og kryogenisk afkølet.
Det er en fælde!
Den nye fælde levede op til forventningerne og begrænsede en enkelt ion i flere dage og gav ETH-forskerne fuld kontrol over dens bevægelse og position (se billede). For at teste opsætningens levedygtighed for kvanteberegning målte holdet ionens kohærenstid – det vil sige mængden af tid, den forbliver i en kvantetilstand – og viste, at dette var længere end den tid, der krævedes for at udføre en kvanteoperation. De viste også, at lasere kunne kontrollere ionens energitilstande uden at forstyrre dens kvantesuperposition. Denne evne gør det muligt at skabe sammenfiltrede tilstande mellem forskellige qubits og derfor udføre kvanteberegninger.
Ny superledende hulrumsqubit skubber grænserne for kvantekohærens
Peter zoller, en fysiker ved universitetet i Innsbruck, Østrig, som ikke var involveret i dette projekt, beskriver mikro-Penning-fælden med nem iontransport som en "forfriskende, innovativ idé". Han tilføjer, at det er fantastisk at se innovationer, der bruges til fangede arrays af neutrale atomer, der anvendes til fangede ionarkitekturer. Han påpeger dog, at fældens evner indtil videre kun er vist for en enkelt ion. Det bliver interessant, siger han, at se, hvordan den skalerer og performer (i form af gate-troskaber) med mange ioner, og hvordan den kan sammenlignes med alternative tilgange såsom overfladefælder eller kvantevæddeløbsbaner.
Jonathan hjem, lederen af ETH-teamet, er enig i, at det er vigtigt at tilføje flere ioner. De næste skridt, fortæller han Fysik verden, vil være at "prøve at indlæse flere ioner og udføre multi-qubit-gates mellem ioner i separate fældesteder".
Forskningen er offentliggjort i Natur.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/new-ion-trapping-approach-could-help-quantum-computers-scale-up/
- :er
- :ikke
- ][s
- $OP
- 1
- 120
- 2024
- 30
- 58
- a
- AC
- tilføje
- rettet
- Tilføjer
- er enig
- AL
- tillader
- også
- alternativ
- beløb
- an
- ,
- applikationer
- anvendt
- tilgang
- tilgange
- arkitekturer
- ER
- omkring
- AS
- At
- Østrig
- BE
- fordi
- bliver
- været
- adfærd
- være
- Bedre
- mellem
- bits
- Sort
- Blocks
- bringe
- Bygning
- men
- by
- CAN
- kapaciteter
- kapacitet
- vis
- udfordringer
- udfordrende
- billig
- chip
- Circle
- kolleger
- kombinerer
- beregning
- beregninger
- computere
- computing
- Konfiguration
- konstrueret
- kontrol
- kontrolleret
- kunne
- skabe
- Dage
- beskriver
- udviklet
- forskellige
- svært
- fortynding
- diode
- lettere
- let
- Elektrisk
- eliminerer
- energi
- Hele
- ETH
- eksempel
- forventninger
- langt
- felt
- Fields
- Til
- formular
- dannet
- fra
- fuld
- yderligere
- gate
- Gates
- Tyskland
- Give
- stor
- Grid
- guidet
- Guides
- hårdere
- Have
- he
- hjælpe
- højere
- Hvordan
- Men
- HTML
- HTTPS
- billede
- vigtigt
- in
- Forøg
- Stigninger
- individuel
- oplysninger
- initial
- innovationer
- innovativ
- indvendig
- i stedet
- interessant
- involverede
- spørgsmål
- IT
- ITS
- jpg
- holdt
- største
- laser
- lasere
- leder
- lys
- grænser
- lineær
- belastning
- placering
- placeringer
- logo
- længere
- Maskiner
- Magneter
- lave
- maerker
- Making
- mange
- max-bredde
- million
- mere
- bevæge sig
- bevægelse
- flere
- Natur
- behov
- Neutral
- Ny
- næste
- numre
- of
- on
- dem
- kun
- drift
- or
- ordrer
- Andet
- ud
- udkonkurrerer
- i løbet af
- Overvind
- egen
- Udfør
- udfører
- foto
- fysiker
- Fysik
- Fysik verden
- Place
- anbringelse
- perron
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- Punkt
- punkter
- position
- positioner
- mulig
- potentiale
- Precision
- tilstedeværelse
- Problem
- problemer
- processorer
- producere
- produceret
- projekt
- Beskyttende
- offentliggjort
- skubber
- Quantum
- kvantecomputere
- quantum computing
- kvantesuperposition
- qubit
- qubits
- Radio
- Læs
- realisere
- Rød
- resterne
- fjerner
- gentaget
- GENTAGNE GANGE
- erstatte
- kræver
- påkrævet
- forskning
- forskere
- restriktioner
- s
- siger
- Scale
- skalaer
- skalering
- se
- adskille
- Sequence
- flere
- viste
- viser
- vist
- Simpelt
- simuleringer
- enkelt
- lille
- So
- indtil nu
- Space
- Spektroskopi
- Starter
- Tilstand
- Stater
- statisk
- Trin
- Steps
- stærk
- struktur
- sådan
- superledende
- superposition
- overflade
- Schweiz
- systemet
- hold
- fortæller
- Tesla
- prøve
- end
- at
- deres
- Them
- derfor
- Disse
- de
- denne
- Gennem
- thumbnail
- tid
- gange
- til
- nutidens
- mod
- traditionelt
- transportere
- fanget
- fældefangst
- fælder
- sand
- typen
- universitet
- brug
- anvendte
- sædvanligvis
- Vacuum
- levedygtighed
- var
- WebP
- GODT
- som
- hvid
- WHO
- vilje
- med
- uden
- virker
- world
- zephyrnet