Aatomimassiivid on kvantarvutuste jaoks üllatuskandidaat

Kauaoodatud järgmine läbimurre arvutamisel tuleb arvatavasti niinimetatud kvantarvutitelt, mis kasutavad kvantnähtusi kiirema töötlemise ja radikaalselt parema andmete salvestamise saavutamiseks. Nüüd on Havardi ülikooli füüsika lõpetaja kokku pannud tähelepanuväärse ja ainulaadse süsteemi, mis võib oodata läbimurdelist kvantarvutust.

Mis võib kõige erakordsemaks osutuda süsteemi jaoks, mille Harry Levine ja tema meeskond eesotsas Mihhail Lukiniga on ülikooli väikesesse keldrikorruse laboratooriumisse ehitanud, on see, et protsessorikiibid pole kaasatud. Levine'i arvutit toidab 51 rubiidiumi aatomit, mida hoitakse klaaskehas. Need aatomid rivistatakse üksikfailiks laseriga, mis jaotatakse 51-kiireks.

Aatomid aeglustatakse, kuni edasised laserid peaaegu liikumatuks muudavad, samas kui teine ​​laserikomplekt võimaldab kasutajal julgustada aatomeid interakteeruma. Nendest interaktsioonidest saab arvutusi teha.

Levine'i ja tema Harvardi meeskonna (Levine, Keesling, Omran) kasutatav katseseade

Kvantarvuti eeliseks on kvant-süsteemi võime olla olekute superpositsioonis. See tähendab, et kui normaalsel bitil võib olla ainult kaks võimalikku olekut - 0 või 1 - võib nelik ja ühene kodeerida nii, et ükski ja null oleksid olekute superpositsioonis.

Ulatuse korral peaks see seadistus traditsioonilisi arvuteid tunduvalt edestama.

Isegi kvantarvutite seas on see seadistus üsna tähelepanuväärne. Enamik seniajani uuritud vutte on ehitatud räni, ülijuhtivast traadist ja kvantpunktidena tuntud pooljuhtstruktuuridest. See töö tugineb hiljutistele uuringutele, milles kasutatakse vuttide moodustamiseks neutraalseid aatomeid.

Neutraalseid aatomeid on varem usutud, et neis puudub elektrilaeng, ja seetõttu ei suhelda need teiste aatomitega hõlpsalt. Füüsikud saavad sellest probleemist üle saada, kasutades selleks spetsiaalselt ajastatud laserpurskeid, et erutada aatomi äärepoolseimat elektroni ja viia see aatomi tuumast nn Rydbergi olekusse. Selle tagajärjel suureneb aatomi suurus massiliselt.

V. Altounian (teadus)

Selles Rydbergi olekus käitub aatom rohkem kui ioon, aatom, mille elektronid on sellest eemaldatud, tähendab, et nad suhelda võivad naaberiaatomitega elektromagnetiliselt tõenäolisemalt. Sellel interaktsioonil on üldine mõju, mis takistab naabruses olevate aatomite sisenemist ise Rydbergi olekusse.

See annab aatomitele takerdunud oleku, kvantarvutuste tegemiseks vajaliku oleku. Mõlema aatomi mõõtmine ahendab superpositsiooni, mille üks aatom on Rydbergi olekus ja teine ​​mitte.

Neutraalsete aatomite eeliseks on see, et nad kõik on identsed, neid saab pakkida palju kitsamasse ruumi kui ränipõhised vutid ja neid ei pea samuti hoidma ülikülmadel temperatuuridel, nagu peavad seda tegema ülijuhtivad vutid. Kuna neutraalsete aatomite interaktsioon on vähem tõenäoline, tähendab see, et nad segavad üksteist vähem ja kaotavad salvestatud kvantteabe.

Seega pakuvad neutraalsed aatomid mastaapsuse ja parema üldise jõudluse eelist.

Lukini teos avaldati ajakirja Physical Review Letters uusimas väljaandes, mis näitas võimalust programmeerida kahe rubiiniumiga loogikavärav 97% täpsusega. See tähendab, et Rydbergi meetod vbbittide loomiseks on lähedane ülijuhtivate vuttide truudusele, mis praegu on 99%.

Lisaks sellele on Rydbergi vuttide mitmekülgsusele tuge lisanud veel üks umbes samal ajal avaldatud uurimistöö.

Prantsuse teadlaste meeskond avaldas ajakirja Nature septembrikuises väljaandes uuringu, milles nad suutsid näidata märkimisväärset kontrolli 3D-massiivi 72 neutraalse aatomi üle. Nad suutsid aatomeid tihedalt pakkida viisil, mida ei saa ioonidega teha, kuna need vigastavad üksteist sarnaste laengute tõttu üksteist.

Ehkki Levine on positiivne, et süsteem, mille loomiseks ta on aidanud, tuleb telekommunikatsioonitööstusele kasuks, on teised vähem veendunud.

"Võrreldes teiste vuttivõtetega, neutraalsed aatomid kipuvad mitte püsima," rääkis kvantarvutitega tegeleva ettevõtte Xanadu füüsik Varun Vaidya ajakirjale Science. See tähendab, et neutraalseid aatomeid kasutavad süsteemid ei pruugi pikemate toimingute jaoks sobida, kuna nende stabiilsus puudub.

Pole kahtlust, et kvantarvutite potentsiaali ja kuidas parima kvbitini jõudmise osas on endiselt palju küsimusi. Rydbergi süsteemid võivad vajaliku vastuse anda.

Kommentaarid

Algselt avaldati saidil sciscomedia.co.uk 29. septembril 2018.