Aatomimassiivid on kvantarvutuste jaoks üllatuskandidaat

Kauaoodatud järgmine läbimurre arvutustehnikas tuleb tõenäoliselt 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 viia läbimurdelise kvantarvutuseni.

Mis kõige erakordsemaks võib osutuda süsteemi jaoks, mille Harry Levine ja tema meeskond eesotsas Mihhail Lukiniga on ülikooli väikesesse keldrilabori ehitanud, on see, et protsessorikiibid pole kaasatud. Levine'i arvutit toidab 51 klaaskehas hoitud rubiidiumiaatomit. Need aatomid on rivistatud 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 kvantsüsteemi võime olla olekute superpositsioonis. See tähendab, et kui normaalsel "bitil" võib olla ainult kaks võimalikku olekut - 0 või 1 - võib ühe ja sama numbriga üks kord kodeerida ka üks ja teine ​​olekute superpositsioonis olevaid nulle.

Ulatuse korral peaks see seadistus traditsioonilisi arvuteid tunduvalt edestama.

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

Neutraalseid aatomeid on varem usutud, et neis puudub elektrilaeng, ja seetõttu ei suhelda need teiste aatomitega kergesti. Füüsikud saavad sellest raskusest üle saada, kasutades selleks spetsiaalselt ajastatud laserpurskeid, et erutada aatomi äärepoolseimat elektroni ja viia see aatomi tuumast nn Rydbergi olekusse. See suurendab aatomi suurust 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 räni baasil 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 töö avaldati ajakirja Physical Review Letters viimases väljaandes, mis demonstreeris 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 pakendada viisil, mida ei saa ioonidega teha, kuna need viivad üksteise sarnase laengu tõttu üksteisele tagasi.

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

“Võrreldes teiste vuttidega ei kiputa neutraalsed aatomid enam 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 parimat kbitti edastada on veel palju küsimusi. Rydbergi süsteemid võivad vajaliku vastuse anda.

Kommentaarid

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