Atomske matrice postaju kandidat iznenađenja za kvantno računanje

Očekuje se da će dugo očekivano sljedeće otkriće računanja doći od takozvanih kvantnih računala, koja će kvantne pojave koristiti za bržu obradu i radikalno poboljšane pohrane podataka. Sada je apsolvent fizike na Sveučilištu Havard sastavio izvanredan i jedinstven sustav koji može dovesti do probojnog kvantnog računanja kojega se čekalo.

Ono što je možda najneobičnije u sustavu koji su Harry Levine i njegov tim na čelu s Michaelom Lukinom izgradili u svom malom podrumskom laboratoriju na Sveučilištu jest to da u to ne postoje procesorski čipovi. Računalo Levine pokreće 51 atoma rubidiuma pohranjena u staklenoj ćeliji. Ti su atomi složeni u jednu datoteku laserskim rascjepom na 51 zrake.

Atomi se usporavaju do gotovo nepomičnih daljnjih lasera, dok drugi skup lasera omogućava korisniku da potakne atome na interakciju. Na osnovu tih interakcija mogu se provesti proračuni.

Eksperimentalna postava koju su koristili Levine i njegov tim s Harvarda (Levine, Keesling, Omran)

Prednost koju kvantno računalo daje je sposobnost da se kvantni sustav nalazi u superpoziciji stanja. To znači da dok normalan 'bit' može imati samo dva moguća stanja-0 ili 1- qubit može kodirati za one i nule istovremeno u superpoziciji stanja.

Ako se poveća, ova postavka bi trebala znatno nadmašiti tradicionalna računala.

Čak je i među kvantnim računalima ovo postavljanje prilično značajno. Većina dosad istraženih kbita izgrađena je na siliciju, supravodljivoj žici i poluvodičkim strukturama poznatim kao kvantne točke. Ovaj se rad temelji na nedavnim istraživanjima koja koriste neutralne atome za formiranje kbita.

Neutralni atomi su se ranije smatrali lošim izborima za kubite zbog nedostatka električnog naboja, pa stoga ne komuniciraju s drugim atomima lako. Fizičari mogu prevladati ovu poteškoću pomoću posebno tempiranih laserskih rafala kako bi pobuđivali najudaljeniji atom atoma i premjestili ga iz atomskog jezgra, u ono što se naziva "Rydbergovo stanje". To ima za posljedicu masivno povećanje veličine atoma.

V. Altounian (znanost)

U ovom Rydbergovom stanju, atom se ponaša više poput iona, atoma kome su oduzeti elektroni, što znači da imaju veću vjerojatnost da će elektromagnetski komunicirati sa susjednim atomima. Interakcija ima sveukupni učinak sprečavanja ovih susjednih atoma da sami uđu u Rydbergovo stanje.

To daje zapleteno stanje atoma, stanje koje je potrebno za izvršavanje kvantnih izračuna. Mjerenje na bilo kojem atomu urušava superpoziciju koju je stvorio jedan atom u stanju Rydberg, a drugi nije.

Prednost koju imaju neutralni atomi je ta što su svi identični, mogu se spakirati u mnogo čvršći prostor od kita na bazi silicija i također ih nije potrebno držati na super-hladnim temperaturama kao što to moraju imati superprevodni kubiti. Također, s obzirom da je manje vjerojatno da će neutralni atomi međusobno djelovati, to znači da je manje vjerojatno da će se međusobno uplitati i izgubiti pohranjene kvantne informacije.

Na taj način neutralni atomi nude prednost skalabilnosti i bolji ukupni učinak.

Lukin rad objavljen je u najnovijem izdanju časopisa Physical Review Letters pokazao sposobnost programiranja dva-Rubiniumova logička vrata s 97% točnosti. To znači da je Rydbergova metoda stvaranja qubita bliska vjernosti superprevodnih qubita, koja trenutno iznosi 99%.

Pored ovoga, još jedno istraživanje objavljeno u isto vrijeme dodalo je podršku svestranosti Rydbergovih kbita.

Tim francuskih istraživača objavio je istraživanje u rujanskom izdanju Nature u kojem su mogli pokazati izvanrednu kontrolu nad 3D nizom od 72 neutralna atoma. Uspjeli su gusto pakirati atome na način što nije moguće učiniti s ionima jer se oni međusobno odbijaju zbog sličnog naboja.

Iako je Levine siguran da će sustav koji je pomogao stvoriti koristi telekomunikacijskoj industriji, drugi su manje uvjereni.

"U usporedbi s drugim kubitima, neutralni atomi uglavnom se ne drže", rekao je Varun Vaidya, fizičar iz Xanadua, tvrtke za kvantne računske tehnologije. To znači da sustavi koji koriste neutralne atome možda nisu prikladni za obavljanje dužih zadataka jer nedostaje njihova stabilnost.

Nema sumnje da ostaje mnoštvo pitanja koja se tiču ​​potencijala kvantnog računanja i kako ostvariti najbolji kbit. Rydbergovi sustavi mogu dobro dostaviti tražene odgovore.

komentari

Izvorno objavljeno na sciscomedia.co.uk 29. rujna 2018. godine.