Do osiągnięcia tego pierwszego celu posłużyła im nowa metoda manipulowania wykorzystująca ultraszybki laser. W ten sposób atomy schłodzone do temperatury bliskiej zera absolutnego utworzyły bramkę dwukubitową. Wystarczy wspomnieć, że działa ona w ciągu zaledwie 6,5 nanosekundy, a ultraszybki komputer kwantowy ma zapewnić coś niespotykanego do tej pory w zakresie projektowania oraz wynikających z tego tytułu ograniczeń.
Czytaj też: Kropki kwantowe przyspieszą przełom w produkcji perowskitowych ogniw słonecznych
Atomy są naturalnymi układami kwantowymi, dlatego mogą przechowywać bity kwantowe, czyli kubity, w celu przechowywania informacji. Atomy są również odizolowane od otoczenia i niezależne od siebie, dlaczego czas koherencji, czyli okres utrzymania koherencji kwantowej, może sięgać kilku sekund. Bramka dwukubitowa powstaje wtedy dzięki wzbudzeniu jednego elektronu atomu do tzw. orbitalu Rydberga.
Takie podejście do projektowania komputerów kwantowych ma ogromny potencjał szczególnie w zakresie większej skali i to przy zachowaniu wysokiej koherencji w porównaniu z obecnie opracowywanymi typami nadprzewodników. Nic więc dziwnego, że eksperci widzą w nim potencjał do utworzenia następnej generacji instrumentów kwantowych.
Na przełomie związanym z nową bramką skorzystają komputery kwantowe
Przez ostatnie 20 lat naukowcy dążyli do uzyskania szybszych bramek. Ta nowo powstała, trwająca 6,5 nanosekundy, jest o ponad dwa rzędy wielkości szybsza od szumu. Może dzięki temu zignorować jego efekty, co jest oczywiście wysoce pożądane. Jeśli chodzi o poprzedni rekord w tej kategorii, to wyniósł on 15 nanosekund i został osiągnięty przez Google w 2020 roku.
Czytaj też: Układy kwantowe mają coraz mniej tajemnic. Fizycy znaleźli sposób na ich łamanie
Cały eksperyment przeprowadzono z użyciem atomów rubidu, które schłodzono za pomocą wiązek laserowych. Zostały one ułożone w mikronowych odstępach za pomocą pęsety optycznej, a następnie napromieniowane ultrakrótkimi impulsami laserowymi emitującymi światło przez zaledwie 1/100 miliardowej części sekundy. Naukowcy obserwowali zachodzące wtedy zmiany i zauważyli, że dwa elektrony zostały wyrzucone na tzw. orbitale Rydberga. Oddziaływanie między tymi atomami doprowadziło następnie do okresowej wymiany kształtu orbitali i energii elektronów zachodzącej z okresem 6,5 nanosekundy. Zapewniło to istnienie rekordowo szybkiej bramki dwukubitowej.
