Физики Национального института стандартов и технологий США- NIST (National Institute of Standards and Technology) продемонстрировали новую конструкцию ионной ловушки, в которой ионы, перемещаясь через все пересечения зон, практически не меняют температуры (энергии), а точнее, в 10^-7- раз меньше, чем во всех известных конструкциях подобного рода.

Новое устройство является серьезным шагом вперед в создании квантовых компьютеров на ионах (электрически заряженных атомах) – потенциально сверхмощных машин для скоростных вычислений, столь необходимых для кодирования ишифрования данных.

Статья научной группы (R.B. Blakestad, C. Ospelkaus, A.P. VanDevender, J.M. Amini, J. Britton, D. Leibfried, and D.J. Wineland. High fidelity transport of trapped-ion qubits through an X-junction trap array) готовится к публикации в журнале Physical Review Letters. Ученые NIST продемонстрировали способ перемещения ионов в пространстве с минимальными изменениями их кинетической энергии и сохранением заданного квантового состояния.

Ионная ловушка NIST представляет собой сэндвич из двух алюминиевых подложек в форме ромба, которые хорошо видны слегка справа от центра (изображение с сайта NIST)

Ионы в ловушке перемещаются по «дорожке» (на фото – темно-серого цвета) под воздействием электрического поля, контролируемого 46 электродами; в правой части фото расположена область перекрестного соединения электродов (изображение с сайта NIST)

Новая ионная ловушка, которая по форме напоминает прямоугольник со сторонами 5 и 2 мм, создана на основе алюминиевых пластин с нанесенными на них 46 золотыми электродами. Они обеспечивают образование 18 зон захвата ионов; уникальность конструкции заключается в перекрестном соединении электродов в области пересечения зон (см. рисунок; в таких областях ионы можно группировать для выполнения логических операций). При подаче напряжения на электроды ионы начинают перемещаться, удерживаемые электрическим полем. Воздействие поля, образуемого перекрестным соединением, позволяет частицам свободно преодолевать область пересечения зон и одновременно ограничивает свободу их передвижения, не допуская вылета.

В процессе тестирования ловушки ученые из NIST выполнили более миллиона экспериментов по перемещению одиночных ионов бериллия и около ста тысяч опытов по перемещению пар ионов. Испытания завершились успешно более чем в 99,99% случаев, причем приращение энергии иона в процессе транспортировки составило всего 10–7 эВ (заметим, что в работах по транспортировке ионов кадмия, результаты которых появились в печати в 2006 году, было достигнуто значение приращения энергии в 1 эВ).

По своим временным характеристикам новая ловушка также превосходит все известные аналоги. На преодоление области пересечения зон уходит около 20 микросекунд, а на перемещение между зонами — от 50 до 100. При этом конструкция ловушки позволяет производить обработку больших объемов «информации», одновременно сохраняя общее число ионов в каждой зоне на приемлемом уровне; манипулирование отдельными ионами в такой конфигурации не приводит к появлению нежелательных эффектов.

Евгений Биргер