Nowy pomysł na komputery kwantowe

Nowy sposób na obliczenia kwantowe. Bazuje na uwięzionych jonach

Naukowcy QuSoft zaproponowali nową metodę obliczeń kwantowych, bazującą na uwięzionych jonach. To może być krok w stronę stworzenia skalowalnych komputerów kwantowych.

Fizycy z pracujący w QuSoft i Instytucie Fizyki Uniwersytetu Amsterdamskiego pod kierownictwem doktoranta Matteo Mazzantiego zaproponowali nową architekturę dla komputerów kwantowych. Wykorzystując kolektywny ruch cząstek składowych, udało się im stworzyć nowe bloki do obliczeń kwantowych, które są znacznie prostsze do wytworzenia niż inne obecnie stosowane. Wyniki opisano w Physical Review Letters.

Jak uwięzić jony

Zespół Mazzantiego zastosował tzw. platformę jonów uwięzionych, która jest powszechnie uważana za jedną z najbardziej obiecujących technik do obliczeń kwantowych. Zgodnie z nazwą, do obliczeń wykorzystuje jony – atomy, które mają albo nadmiar, albo niedobór elektronów i przez to są naładowanie elektryczne. Naukowcy kontrolują konkretne jony za pomocą pęset optycznych i oscylujących pól elektrycznych.

Dwa uwięzione jony (na niebiesko) są wybierane przez pęsety optyczne (na czerwono)

Jak sama nazwa wskazuje, nowe komputery kwantowe wykorzystują kryształy z uwięzionymi jonami. Mogą one poruszać się pojedynczo, ale także jako całość (kolektyw). W tym drugim przypadku, ruchy jonów ułatwiają oddziaływania między poszczególnymi parami jonów.

Czytaj też: To wreszcie się udało! Stworzono komputery kwantowe o wierności przekraczającej 99%

Naukowcy przykładają jednorodne pole elektryczne do kryształu, w celu zainicjowania oddziaływań między dwoma konkretnymi jonami. Te z kolei mogą poruszać się razem ze wszystkimi innymi jonami w krysztale. W wyniku tego, siła oddziaływań między dwoma wybranymi jonami jest stała i niezależna od tego, jak daleko od siebie się znajdują.

Komputer kwantowy składa się z tzw. bramek, małych obliczeniowych bloków konstrukcyjnych, które wykonują kwantowe analogi klasycznych operacji znanych z konwencjonalnych komputerów. W komputerach kwantowych z uwięzionymi jonami, bramki te działają na jony, które z kolei wpływają na całym układ. Oddziaływania te nie zależą od odległości, co jest ważnym atutem. Ten schemat obliczeń kwantowych jest z natury skalowalny i stawia mniej wyzwań technicznych dla naukowców.