Neutrala Atom Quantum-datorer kommer närmare verkligheten med två nya genombrott

Neutrala kvantdatorer med atomer lovar lösningar på många av de problem som drabbar dagens enheter, men tekniken är fortfarande begynnande. De senaste genombrotten i förmågan att styra och programmera dessa enheter tyder på att de kan närma sig bästa sändningstid.

Den mest välutvecklade kvanttekniken idag bygger på supraledande qubits, som driver både IBM och Googles processorer. Men medan dessa enheter har använts för att demonstrera kvantöverlägsenhet och bygga största universella kvantdatorn hittills har de vissa begränsningar.

Till att börja med måste de kylas nära absolut noll, vilket kräver skrymmande och dyr kryogen utrustning. Deras kvanttillstånd är också mycket ömtåliga, vanligtvis varar de bara i mikrosekunder, och de kan bara interagera direkt med sina närmaste grannar, vilket begränsar komplexiteten i kretsarna de kan implementera.

Neutral-atom kvantdatorer kringgå dessa problem. De är byggda av en rad individuella atomer som kyls till ultralåga temperaturer genom att avfyra lasrar mot dem. Resten av enheten behöver inte kylas och de enskilda atomerna kan ordnas bara mikrometer från varandra, vilket gör hela systemet otroligt kompakt.

Kvantinformation kodas in i lågenergiatomer som är mycket stabila, så dessa qubits är mycket mer långlivade än supraledande. Denna stabilitet gör det också svårt att få qubits att interagera, vilket gör det svårare att skapa entanglements, vilket är centralt för de flesta kvantalgoritmer. Men dessa neutrala atomer kan försättas i ett mycket exciterat tillstånd, kallat a Rydberg staten, genom att avfyra laserpulser mot den, som kan användas för att trassla in dem med varandra.

Trots dessa lovande egenskaper har tekniken hittills främst använts för kvantsimulatorer som hjälper till att förstå kvantprocesser men som inte kan implementera kvantalgoritmer. Nu dock två studier i Natur, ledd av forskare från kvantberäkningsföretag QuEra och ColdQuanta, har visat att tekniken kan användas för att implementera multi-qubit-kretsar.

De två grupperna tacklar problemet på lite olika sätt. QuEra-teamet tar en ny metod för anslutning i sin enhet genom att använda hårt fokuserade laserstrålar, så kallade optiska pincett, för att fysiskt flytta runt sina qubits. Detta gör det möjligt för dem att enkelt trassla in dem med avlägsna qubits snarare än att begränsas till bara de närmaste. The ColdQuanta-teamet, å andra sidan, trasslade in sina qubits med samtidigt spännande två av dem in i en Rydberg-stat.

Båda grupperna kunde implementera komplexa multi-qubit-kretsar. Och som Hannah Williams från Durham University i Storbritannien konstaterar i en åtföljande kommentar, de två tillvägagångssätten kompletterar varandra.

Att fysiskt blanda runt qubits betyder att det finns långa mellanrum mellan operationerna, men den flexibla anslutningen gör det möjligt att skapa mycket mer komplexa kretsar. ColdQuanta-metoden är dock mycket snabbare och kan köra flera operationer parallellt. "En kombination av teknikerna som presenteras av dessa två grupper skulle leda till en robust och mångsidig plattform för kvantberäkning," Williams skriver.

En mängd förbättringar krävs innan det händer, men enligt Williams, från bättre gatetrohet (hur konsekvent du kan ställa in rätt operation) till optimerade laserstråleformer och kraftfullare lasrar.

Båda företagen verkar dock vara övertygade om att detta inte kommer att ta lång tid. QuEra presenterade redan en 256-atoms kvantsimulator förra året och, enligt deras webbplats, en 64-qubit kvantdator "kommer snart." ColdQuanta är mer specifik, med ett löfte om att dess 100-qubit Hilbert-dator kommer att vara tillgänglig i år.

Hur snabbt neutrala atomer kan komma ikapp med branschledande teknologier som supraledande qubits och fångade joner återstår att se, men det ser ut som om en lovande ny utmanare har gett sig in i kvantkapplöpningen.

Bildkredit: Shahadat Rahman på Unsplash

• Myntsmart. Europas bästa bitcoin- och kryptobörs.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. FRI TILLGÅNG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis provperiod.
• Källa: https://singularityhub.com/2022/04/25/neutral-atom-quantum-computers-edge-closer-to-reality-with-two-new-breakthroughs/