Атомните масиви се очертават като изненадващ кандидат за квантовите изчисления

Очаква се дългоочакваният следващ пробив в изчисленията да дойде от така наречените квантови компютри, които ще използват квантови явления, за да доведат до по-бърза обработка и радикално подобрено съхранение на данни. Сега, завършил физика в университета в Хавард е събрал забележителна и уникална система, която може да доведе до пробив на квантовите изчисления, които чакат.

Това, което може би е най-необикновено в системата, която Хари Ливайн и неговият екип, ръководени от Михаил Лукин, са изградили в своята малка лаборатория в мазето в университета, е, че няма включени процесорни чипове. Компютърът на Levine се захранва от 51 атома рубидий, съхранявани в стъклена клетка. Тези атоми са подредени един файл чрез лазерно разделяне на 51 лъча.

Атомите се забавят до почти неподвижно от допълнителни лазери, докато друг набор от лазери позволява на потребителя да насърчи взаимодействието на атомите. Именно от тези взаимодействия могат да се извършват изчисления.

Експерименталната настройка, използвана от Levine и неговия екип от Харвард (Levine, Keesling, Omran)

Предимството, което предоставя квантовият компютър е способността на квантовата система да бъде в суперпозиция на състояния. Това означава, че докато нормален 'бит' може да има само две възможни състояния-0 или 1-кубит може да кодира едновременно за нули и нули в суперпозиция от състояния.

Ако бъде увеличена, тази настройка трябва значително да превъзхожда традиционните компютри.

Дори сред квантовите компютри тази настройка е доста забележителна. Повечето кубити, които са изследвани досега, са изградени върху силиций, свръхпроводящ проводник и полупроводникови структури, известни като квантови точки. Тази работа се основава на скорошни изследвания, използващи неутрални атоми за формиране на кубити.

По-рано се смята, че неутралните атоми са лош избор на кубити поради липсата на електрически заряд и следователно не взаимодействат лесно с други атоми. Физиците могат да преодолеят тази трудност, като използват специфични времеви лазерни изблици, за да възбудят най-външния електрон на атома и да го преместят от атомното ядро, в това, което се нарича „състояние на Ридберг.“ Това води до значително увеличаване на размера на атома.

V. Altounian (Наука)

В това състояние на Ридберг атомът се държи по-скоро като йон, атом с отнети от него електрони, което означава, че е по-вероятно да си взаимодействат електромагнитно със съседните атоми. Взаимодействието има цялостния ефект да попречи на тези съседни атоми сами да влязат в състояние на Ридберг.

Това придава заплетено състояние на атомите, състоянието, което е необходимо за извършване на квантови изчисления. Измерването на единия атом срива суперпозицията, създадена от един атом, който е в състояние на Ридберг, а другият не.

Предимството, което се дава от неутралните атоми, е, че всички те са идентични, те могат да бъдат опаковани в много по-плътно пространство от кубитите на основата на силиций и също така не е необходимо да се държат при свръх студени температури, както трябва да имат свръхпроводящи кубити. Освен това, тъй като неутралните атоми са по-малко взаимодействащи, това означава, че е по-малко вероятно да се намесват един в друг и да загубят запаметената квантова информация.

По този начин неутралните атоми предлагат предимството на мащабируемостта и по-добрите общи характеристики.

Работата на Лукин беше публикувана в най-новото издание на списанието Physical Review Letters демонстрира способността да се програмира двукрибилен логически портал с 97% точност. Това означава, че методът на Rydberg за създаване на кубит е близък до верността на свръхпроводящите кубити, която в момента възлиза на 99%.

В допълнение към това, още едно изследване, публикувано по същото време, добави подкрепа за гъвкавостта на кубитите на Ридберг.

Екип от френски изследователи публикува проучване в септемврийското издание на Nature, в което те успяха да демонстрират забележителен контрол над 3D масив от 72 неутрални атома. Те бяха в състояние плътно да опаковат атомите по начин, който не може да се направи с йони, тъй като те се отблъскват взаимно поради сходния си заряд.

Докато Левин е убеден, че системата, която е помогнал да създаде, ще се възползва от телекомуникационната индустрия, други са по-малко убедени.

„В сравнение с други кубити, неутралните атоми са склонни да не остават поставени“, каза Варун Вайдя, физик от Ксанаду, компания за квантови изчисления пред Science. Това означава, че системите, които използват неутрални атоми, може да не са подходящи за изпълнение на по-дълги задачи, тъй като липсва тяхната стабилност.

Няма съмнение, че все още има множество въпроси относно потенциала на квантовите изчисления и как да осигурим най-добрия кубит. Ридбергските системи могат да дадат нужните отговори.

Коментари

Първоначално публикуван в sciscomedia.co.uk на 29 септември 2018 г.