Jäähdytysmenetelmä loukkuionien sirutason kvanttitietokoneille

Kvanttitietokoneiden haasteiden ratkaisemiseksi MIT:n ja muiden alojen tutkijat kehittävät loukutettujen ionien kvanttitietokoneita, jotka perustuvat erittäin pieniin fotonisiruihin. Nämä sirupohjaiset järjestelmät tarjoavat skaalautuvan vaihtoehdon olemassa oleville loukkuun jääneiden ionien kvanttitietokoneille, jotka ovat riippuvaisia kookkaista optisista laitteista.

Näiden kvanttitietokoneiden ionit on jäähdytettävä erittäin kylmiin lämpötiloihin värähtelyjen minimoimiseksi ja virheiden estämiseksi. Tähän mennessä tällaiset fotonisiin siruihin perustuvat loukkuun jääneet ionijärjestelmät ovat rajoittuneet tehottomiin ja hitaisiin jäähdytysmenetelmiin.

MIT:n ja MIT Lincolnin laboratorion tutkijaryhmä on nyt ottanut käyttöön paljon nopeamman ja energiatehokkaamman menetelmän loukutettujen ionien jäähdyttämiseksi fotonisia siruja käyttäen. Heidän lähestymistapansa saavutti jäähdytyksen, joka oli noin 10 kertaa alle tavanomaisen laserjäähdytyksen rajan.

Tämän tekniikan avain on fotonipiiri, joka sisältää tarkasti suunnitellut antennit tiukasti fokusoitujen, toisiaan leikkaavien valonsäteiden manipuloimiseksi.

Tutkijoiden alustava demonstraatio on tärkeä askel kohti skaalautuvia sirupohjaisia arkkitehtuureja, jotka voisivat jonain päivänä mahdollistaa kvanttilaskentajärjestelmien tehokkaamman ja vakaamman kehityksen.

Tähän mennessä integroituun fotoniikkaan perustuvat demonstraatiot ovat saavuttaneet vain rajallisen jäähdytystehokkuuden.

MIT:n tutkijat käyttivät monimutkaisempaa lähestymistapaa, joka tunnetaan polarisaatiogradienttijäähdytyksenä ja johon liittyy kahden valonsäteen tarkka vuorovaikutus.

Kun lopullinen suunnittelu oli valmis, tutkijat osoittivat ionijäähdytyksen, joka oli lähes 10 kertaa alle tavanomaisen laserjäähdytyksen rajan, jota kutsutaan Doppler-rajaksi. Heidän sirunsa saavutti tämän rajan noin 100 mikrosekunnissa, useita kertoja nopeammin kuin muilla tekniikoilla.

”Ioniloukkuihin integroidun optiikan avulla saavutetun parannetun suorituskyvyn demonstrointi luo pohjan jatkointegraatiolle, joka voi mahdollistaa uusia lähestymistapoja kvanttitilojen manipulointiin ja parantaa käytännön kvantti-informaation käsittelyn näkymiä”, Chiaverini lisää.

Aiheesta aiemmin:

Uusi maailmanennätys kubitin toiminnan tarkkuudessa

Uutta kvanttilaskentaprotokollaa kuditeilla, ei kubiteilla