Физики из Института молекулярных наук Национального института естественных наук Японии разработали новый метод манипулирования атомами. С его помощью ученые запустили самый быстрый в мире квантовый вентиль. Ученые считают, что новая технология преодолеет ограничения существующих типов квантовых компьютеров.
В своей работе ученые использовали оптический пинцет для захвата двух атомов рубидия, охлажденных почти до абсолютного нуля и разделенных всего одним мкм. Воздействуя на атомы с помощью специального лазерного луча, который светится всего 10 пикосекунд (10 триллионных долей секунды), они запустили самый быстрый в мире двухкубитный вентиль, создающий квантовую запутанность между двумя отдельными атомами за 6,5 нс.
Двухкубитный вентиль — основа высокопроизводительных квантовых компьютеров. Это логическая операция над квантовым состоянием двух кубитов. Вариация вентиля, реализованная в исследовании, представляет собой «управляемый Z-вентиль». Это операция, в процессе которой квантовая суперпозиция первого кубита изменяется с «0 плюс 1» на «0 минус 1», если второй кубит находится в состоянии 1.
Слева: Квантовое состояние кубита регулируется электронной орбиталью. Справа: Схема работы устройства: в зависимости от состояние первого атома лазерное воздействие изменяет или сохраняет значение у второго атома. Изображения: Takafumi Tomita, IMS, National Institute of Natural Sciences
Точность (верность) квантового вентиля ухудшается из-за шума от внешней среды и работающего лазера, что затрудняет разработку квантовых компьютеров, объясняют авторы работы. Поскольку временная шкала шума обычно больше одной мкс, квантовый вентиль, который работает быстрее сможет избежать внешнего воздействия. А это повысит точность вычислений.
Квантовый вентиль, созданный физиками, работает, как минимум в два раза быстрее шума, а это значит, что он может его игнорировать. Ученые полагают, что новая технология преодолеет ограничение мощности, связанное с шумом, характерное для сверхпроводящих квантовых компьютеров и квантовых компьютеров с захваченными ионами, которые в настоящее время считаются наиболее перспективными.
