振動電磁場の代わりに静磁場と電場でイオンをトラップすれば、量子コンピューターの構成要素としてイオンを使用しやすくなる可能性があります。の研究者によって開発された新しいアプローチ スイス連邦工科大学チューリッヒ校 スイスで開発された技術により、イオンの量子状態と位置をより適切に制御できるようになり、量子計算のプラットフォームとしてトラップされたイオンをスケールアップするための重要な一歩となります。
量子コンピューターは、特定の問題では古典的なコンピューターよりも優れたパフォーマンスを発揮できます。ただし、その可能性を最大限に発揮するには、約 1 万の量子ビット (量子ビット) を操作できるマシンが必要です。これは今日の最大の量子プロセッサよりも桁違いに多く、量子ビットの数が増加するにつれて量子ビットの生成と制御が難しくなるため、スケールアップは困難です。
たとえば、トラップイオン量子プロセッサで量子ビットとして使用されるイオンは、通常、無線周波数 (RF) で振動する電磁場によって所定の位置に保持され、その量子状態はレーザー光のパルスによって制御され、読み取られます。これは 30 量子ビットまではうまく機能しますが、それ以上の数に拡張するのは困難です。単一チップの狭い空間内で RF 場を組み合わせるのは困難であり、また、その場はトラップを加熱し、イオンの量子挙動を乱します。さらに問題となるのは、RF フィールドの構造により、トラップの位置が線形グリッドに制限されることです。
ペニングトラップ
ETHチームは、高精度分光法や量子シミュレーションなどの用途でイオンを閉じ込めるために伝統的に使用されているタイプのトラップに切り替えることで、これらの問題に対処しました。これらのいわゆるペニング トラップは、RF フィールドを強力な静磁場に置き換え、加熱を排除し、トラップ構成の制限を取り除きます。ただし、強力な磁場には独自の課題が伴います。それらの存在により、イオンのエネルギー状態間の間隔が広がり、単純で安価なダイオード レーザーからの光でこれらの状態を制御することが困難になります。これらを生成する超電導磁石も大きく、その周りにレーザー光を誘導する必要があります。
これらの課題を克服するために、ETHの研究者らは、3テスラの超電導磁石の中に複数の電極を備えた微細加工チップ(ドイツ、ハノーバーのライプニッツ大学の同僚らが製造)を配置することでペニングトラップを構築した。ミラーシステムが位相ロックレーザービームを磁石を通してイオンに導き、セットアップ全体が真空中に置かれて極低温に冷却されます。
それは罠だ!
新しいトラップは期待に応え、単一のイオンを数日間閉じ込め、ETHの研究者がその動きと位置を完全に制御できるようにしました(画像を参照)。量子コンピューティングのセットアップの実行可能性をテストするために、チームはイオンのコヒーレンス時間、つまりイオンが量子状態に留まる時間を測定し、これが量子操作の実行に必要な時間よりも長いことを示しました。彼らはまた、レーザーが量子重ね合わせを乱すことなくイオンのエネルギー状態を制御できることを示した。この機能により、異なる量子ビット間にもつれ状態を作成し、量子計算を実行できるようになります。
新しい超伝導空洞量子ビットが量子コヒーレンスの限界を押し上げる
ピーター・ゾラーこのプロジェクトには関与していないオーストリアのインスブルック大学の物理学者は、イオン輸送が容易なマイクロペニングトラップを「新鮮で革新的なアイデア」と述べています。同氏は、中性原子のトラップされたアレイに使用されるイノベーションがトラップされたイオン構造に適用されるのを見るのは素晴らしいことだと付け加えた。しかし、同氏は、トラップの能力はこれまでのところ単一のイオンについてのみ示されていると指摘する。多くのイオンに対して(ゲート忠実度の形で)どのようにスケールし、実行するのか、そして表面トラップや量子レーストラックなどの代替手法とどのように比較するのかを見るのは興味深いだろう、と彼は言う。
ジョナサン ホームETH チームのリーダーである 氏も、より多くのイオンを追加することが重要であることに同意しています。次のステップについて彼は言います フィジックスワールド、 「複数のイオンをロードし、別々のトラップサイトのイオン間でマルチ量子ビットゲートを実行しようとする」ことになります。
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- 情報源: https://physicsworld.com/a/new-ion-trapping-approach-could-help-quantum-computers-scale-up/
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