Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla

Vasemmalla cesiumatomien (keltainen) ja rubidiumatomien (sininen) hybridiryhmä. Oikealla eri atomilajeista muodostettu kuva Chicagon tunnetuista maamerkeistä.

Suurempi kuva

Kun kvanttitietokone aiotaan tehdä neutraaleista atomikubiteista, monet yksittäiset atomit täytyy vangita paikoilleen useilla lasersäteillä. Toistaiseksi nämä ryhmittelyt on koottu vain yhden alkuaineen atomeista.

Mutta nyt Chicagon yliopiston tutkijat ovat luoneet kahden eri alkuaineen neutraaleista atomeista hybridin ryhmän, mikä laajentaa merkittävästi järjestelmän mahdollisia sovelluksia kvanttiteknologiassa.

"On ollut monia esimerkkejä kvanttiteknologiasta, joka on omaksunut hybridin lähestymistavan", sanoi Hannes Bernien, hankkeen johtava tutkija. "Mutta niitä ei ole vielä kehitetty näille neutraaleille atomialustoille.

Yksittäisillä neutraaleilla atomeilla on kaikilla täsmälleen samat ominaisuudet, mikä tekee niistä ihanteellisia ehdokkaita kubiteille. Mutta koska ryhmässä niillä jokaisella on samat ominaisuudet, on myös äärimmäisen vaikeaa mitata yksittäistä atomia häiritsemättä sen naapureita.

Kahden eri alkuaineen atomeista koostuvassa hybridiryhmässä minkä tahansa atomin lähimmät naapurit voivat olla toisen alkuaineen atomeja täysin eri taajuuksilla. Tämä tekee paljon helpommaksi mitata ja käsitellä yksittäisiä atomeja ilman sitä ympäröivien atomien häirintää.

Sen avulla tutkijat voivat myös sivuuttaa atomiryhmien standardikomplikaatiota: on erittäin vaikeaa pitää atomia yhdessä paikassa hyvin pitkään. Tämän hybridisuunnittelun ansiosta voi tehdä kokeita näiden lajien kanssa erikseen.

Bernien Laboratorion luoma hybridiryhmä sisältää 512 laseria: 256 ladattu cesiumatomilla ja 256 rubidiumatomilla. Vaikka Bernienin rakenne ei ole vielä kvanttitietokone, atomiryhmistä valmistettuja kvanttitietokoneita on paljon helpompi skaalata, mikä voi johtaa joihinkin tärkeisiin uusiin oivalluksiin.

Tämän uudenlaisen matriisiryhmän hybridi luonne avaa myös oven monille sovelluksille, jotka eivät olisi mahdollisia yhdellä atomilajilla. Koska nämä kaksi lajia ovat itsenäisesti hallittavissa, yhdenlaisia atomeja voidaan käyttää kvanttimuistina, kun taas toista voidaan käyttää kvanttilaskentaan, mikä vastaa RAM-muistin ja prosessorin roolia tyypillisessä tietokoneessa.

Suhteessa muihin kvanttilaitteisiin neutraalit atomialustat voivat saavuttaa kvanttirekisterit suuremmalla määrällä kubitteja ja suuremmalla liitettävyydellä suhteellisen helposti.

Ranskalainen Pasqal kehittää jo kaupallisella tasolla neutraaliatomista tekniikkaansa. Yhtiön kvanttiprosessorin lupaavin sovellus on Quantum Simulation, jossa kvanttiprosessorilla kerätään tietoutta kiinnostavasta kvanttijärjestelmästä.

Yhtiön viimeaikaiset edistysaskeleet luoneet mahdollisuuden saavuttaa järjestelmäkoot aina yli 100 atomin kvanttirekistereillä. Tämä määrä vuorovaikutuksessa olevia kvanttihiukkasia mahdollistaa monikappaleisen kvanttijärjestelmän dynamiikan simuloinnin, joka ylittää nykyaikaisten klassisten menetelmien mahdollisuudet.

Yhtiö teki äskettäin yhteistyösopimuksen Saudi Aramcon kanssa kehittääkseen kvanttilaskentasovelluksia öljy- ja kaasuteollisuuden haasteisiin.

Aiheesta aiemmin:

Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille

Toimivia kubitteja piille