Att fånga joner med statiska magnetiska och elektriska fält istället för ett oscillerande elektromagnetiskt fält skulle kunna göra det lättare att använda joner som byggstenar för kvantdatorer. Det nya tillvägagångssättet, som utvecklats av forskare vid ETH Zurich i Schweiz, tillåter bättre kontroll av en jons kvanttillstånd och position, och markerar ett viktigt steg mot att skala upp fångade joner som en plattform för kvantberäkning.
Kvantdatorer kan överträffa klassiska vid vissa problem. För att förverkliga sin fulla potential kommer det dock att krävas maskiner som kan manipulera omkring 1 miljon kvantbitar (qubits). Detta är storleksordningar mer än dagens största kvantprocessorer, och uppskalning är utmanande eftersom qubits blir svårare att producera och kontrollera när antalet ökar.
Till exempel hålls jonerna som används som qubits i fångade-jonkvantprocessorer vanligtvis på plats av elektromagnetiska fält som oscillerar vid radiofrekvenser (RF), och deras kvanttillstånd kontrolleras och avläses med pulser av laserljus. Detta fungerar bra för upp till 30 qubits, men det är svårt att skala till högre siffror. Att kombinera RF-fält i det lilla utrymmet på ett enda chip är utmanande, och fälten värmer också upp fällan, vilket stör jonernas kvantbeteende. Ett ytterligare problem är att strukturen hos RF-fälten begränsar fällplatser till ett linjärt rutnät.
Penning fällor
ETH-teamet åtgärdade dessa problem genom att byta till en typ av fälla som traditionellt används för att begränsa joner för tillämpningar som precisionsspektroskopi och kvantsimuleringar. Dessa så kallade Penning-fällor ersätter RF-fält med starka statiska magnetfält, vilket eliminerar uppvärmning och tar bort restriktioner för fällkonfigurationen. Men starka magnetfält ger sina egna utmaningar. Deras närvaro ökar avståndet mellan jonernas energitillstånd, vilket gör det svårare att kontrollera dessa tillstånd med ljus från enkla, billiga diodlasrar. De supraledande magneterna som producerar dem är också skrymmande, och laserljus måste styras runt dem.
För att övervinna dessa utmaningar konstruerade ETH-forskarna sin Penning-fälla genom att placera ett mikrotillverkat chip (tillverkat av kollegor vid Leibniz University i Hannover, Tyskland) med flera elektroder inuti en supraledande magnet på 3 Tesla. Ett system av speglar styr faslåsta laserstrålar genom magneten till jonerna, och hela uppställningen placeras i vakuum och kyls ned kryogent.
Det är en fälla!
Den nya fällan levde upp till förväntningarna, begränsade en enda jon i flera dagar och gav ETH-forskarna full kontroll över dess rörelse och position (se bild). För att testa uppsättningens livsduglighet för kvantberäkning, mätte teamet jonens koherenstid – det vill säga hur lång tid den förblir i ett kvanttillstånd – och visade att detta var längre än tiden som krävdes för att utföra en kvantoperation. De visade också att lasrar kunde kontrollera jonens energitillstånd utan att störa dess kvantöverlagring. Denna förmåga gör det möjligt att skapa intrasslade tillstånd mellan olika kvantbitar och därför utföra kvantberäkningar.
Ny supraledande kavitetsqubit tänjer på gränserna för kvantkoherens
Peter zoller, en fysiker vid universitetet i Innsbruck, Österrike, som inte var involverad i detta projekt, beskriver mikro-Penning-fällan med enkel jontransport som en "uppfriskande, innovativ idé". Han tillägger att det är fantastiskt att se innovationer som används för fångade arrayer av neutrala atomer som tillämpas på fångade jonarkitekturer. Han påpekar dock att fällans kapacitet hittills bara har visats för en enda jon. Det kommer att bli intressant, säger han, att se hur den skalar och presterar (i form av gatefidelities) med många joner, och hur den kan jämföras med alternativa tillvägagångssätt som ytfällor eller kvantracebanor.
Jonathan Hemma, ledaren för ETH-teamet, håller med om att det är viktigt att lägga till fler joner. Nästa steg, berättar han Fysik värld, kommer att vara att "försöka ladda flera joner och utföra multi-qubit grindar mellan joner i separata fällplatser".
Forskningen är publicerad i Natur.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/new-ion-trapping-approach-could-help-quantum-computers-scale-up/
- :är
- :inte
- ][s
- $UPP
- 1
- 120
- 2024
- 30
- 58
- a
- AC
- tillsats
- adresserad
- Lägger
- instämmer
- AL
- tillåter
- också
- alternativ
- mängd
- an
- och
- tillämpningar
- tillämpas
- tillvägagångssätt
- tillvägagångssätt
- arkitekturer
- ÄR
- runt
- AS
- At
- Österrike
- BE
- därför att
- blir
- varit
- beteende
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- Bättre
- mellan
- bitar
- Svart
- Block
- föra
- Byggnad
- men
- by
- KAN
- kapacitet
- kapacitet
- vissa
- utmaningar
- utmanande
- billig
- chip
- Circle
- kollegor
- kombinera
- beräkning
- beräkningar
- datorer
- databehandling
- konfiguration
- konstruerad
- kontroll
- kontrolleras
- kunde
- skapa
- Dagar
- beskriver
- utvecklade
- olika
- svårt
- utspädning
- diod
- lättare
- lätt
- elektriska
- eliminerar
- energi
- Hela
- ETH
- exempel
- förväntningar
- långt
- fält
- Fält
- För
- formen
- bildad
- från
- full
- ytterligare
- gate
- grindar
- Tyskland
- Ge
- stor
- Rutnät
- guidad
- Guider
- hårdare
- Har
- he
- hjälpa
- högre
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- html
- HTTPS
- bild
- med Esport
- in
- Öka
- Ökar
- individuellt
- informationen
- inledande
- innovationer
- innovativa
- inuti
- istället
- intressant
- involverade
- fråga
- IT
- DESS
- jpg
- hålls
- största
- Lasern
- lasrar
- ledare
- ljus
- gränser
- linjär
- läsa in
- läge
- platser
- logotyp
- längre
- Maskiner
- magneter
- göra
- GÖR
- Framställning
- många
- max-bredd
- miljon
- mer
- flytta
- rörelse
- multipel
- Natur
- behov
- Neutral
- Nya
- Nästa
- nummer
- of
- on
- ettor
- endast
- drift
- or
- ordrar
- Övriga
- ut
- Överträffa
- över
- Övervinna
- egen
- Utföra
- utför
- bild
- fysiker
- Fysik
- Fysikvärlden
- Plats
- placering
- plattform
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Punkt
- poäng
- placera
- positioner
- möjlig
- potentiell
- Precision
- Närvaron
- Problem
- problem
- processorer
- producera
- producerad
- projektet
- Skyddande
- publicerade
- skjuter
- Quantum
- kvantdatorer
- kvantkalkylering
- kvantens superposition
- qubit
- kvantbitar
- radio
- Läsa
- inse
- Red
- resterna
- avlägsnar
- upprepade
- UPPREPAT
- ersätta
- kräver
- Obligatorisk
- forskning
- forskare
- begränsningar
- s
- säger
- Skala
- skalor
- skalning
- se
- separat
- Sekvens
- flera
- visade
- visar
- visas
- Enkelt
- simuleringar
- enda
- Small
- So
- än så länge
- Utrymme
- spektroskopi
- Starta
- Ange
- Stater
- statisk
- Steg
- Steg
- stark
- struktur
- sådana
- supraledande
- överlagring
- yta
- schweiz
- system
- grupp
- berättar
- Tesla
- testa
- än
- den där
- Smakämnen
- deras
- Dem
- därför
- Dessa
- de
- detta
- Genom
- miniatyr
- tid
- gånger
- till
- dagens
- mot
- traditionellt
- transport
- instängd
- fånga
- fällor
- sann
- Typ
- universitet
- användning
- Begagnade
- vanligen
- Vakuum
- livskraft
- var
- webp
- VÄL
- som
- vit
- VEM
- kommer
- med
- utan
- fungerar
- världen
- zephyrnet