Новое инновационное квантовое устройство, разработанное учеными из Национальной физической лаборатории (UK National Physical Laboratory, NPL), может стать одним из устройств, благодаря которым начнется долгожданная эра высокопроизводительных квантовых компьютеров. Этим устройством стала монолитная трехмерная матрица ионных микроловушек, которая может быть без труда расширена для обеспечения работы сразу с несколькими десятками и сотнями квантовых битов (кубитов) на основе ионов.

Ионная ловушка – это комбинация электрических и магнитных полей, которая позволяет захватить ионы определенного вещества в вакууме, зафиксировать их в строго определенном положении и манипулировать их квантовым состоянием.

Большинство таких ловушек, которые уже используются в исследованиях квантовой механики и квантовых вычислений, представляют собой достаточно сложные установки, которые могут работать только в лабораторных условиях.

Исследователи из NPL продемонстрировали возможность создания ионных микроловушек прямо на кристалле полупроводникового чипа, которые способны манипулировать отдельными атомами вещества на наноуровне.

В настоящее время исследователи создали опытный образец матрицы ионных ловушек, которые могут удержать в своих ловушках 14 ионов. При этом, обеспечивается полное управление квантовым состоянием каждого из ионов и уверенное считывание квантовой информации, хранящейся и обрабатываемой в ионных кубитах.

Несмотря на весьма сложную геометрию чипа матрицы, процесс изготовления таких чипов использует самые обычные технологии изготовления полупроводниковых приборов. Помимо этого, в случае необходимости, размеры матрицы могут быть без труда увеличены, что позволит создавать квантовые вычислительные системы на квантовых процессорах практически любого масштаба.

Но, помимо области квантовых вычислений, такие чипы-ловушки найдут широкое применение и в ряде других областей, в устройствах навигации, в атомных часах и в высокоточных системах, способных измерять различные физические величины.