Связать или «перепутать» свойства 219 ионов бериллия удалось физикам Национального института стандартов и технологий (NIST). Разработанный ими квантовый симулятор описывается в сегодняшнем выпуске журнала Science. Он позволит улучшить ионные и атомные часы, а кроме того предназначен для моделирования физических явлений, слишком сложных даже для суперкомпьютеров.

Новый симулятор является улучшенным вариантом устройства, сконструированного той же группой четыре года назад. Количество перепутанных ионов увеличилось на порядок благодаря устранению большинства источников ошибок и нестабильностей ранней версии. Поведением перепутанных ионов, вращающихся в плоском кристалле миллиметрового диаметра, можно управлять гораздо более точно, чем прежде.

Симуляторы с сотнями кубитов ранее уже делали из нейтральных атомов или молекул, но захваченные в ловушки ионы имеют ряд уникальных преимуществ. Они обеспечивают надёжные подготовку и детектирование квантовых состояний, долгосрочную стабильность кубитов и одинаково прочную связь между ними на различных расстояниях.

Команда NIST предложила методологию получения перепутанных ионных кристаллов с числом кубитов от 20 до нескольких сотен. Даже незначительный прирост количества кубитов экспоненциально увеличивает сложность процессов, которые может моделировать симулятор. Особый интерес ученых вызывают системы из 30–40 частиц, для которых становится невозможным моделирование классическим методами.

Ионные кристаллы удерживаются внутри ловушки Пеннинга, использующей для локализации заряженных частиц электрическое и магнитное поля. Ионы самостоятельно образуют треугольные узоры, удобные для изучения некоторых проявлений магнетизма. На сегодняшний день только NIST располагает лабораторией, позволяющей генерировать двумерные массивы из более чем 100 ионов.