В статье, опубликованной в свежем номере журнала Science, исследовательская команда Пенсильванского университета (Penn State), состоящая из трёх студентов и профессора физики Дэвида Вайсса (David S. Weiss), продемонстрировала способ создания трёхмерных массивов атомных кубитов, позволяющий создать более компактные квантовые компьютеры, чем это было возможно до сих пор, и обеспечивающий более точной контроль за квантовыми состояниями.

«Наш результат один из многих, которые необходимы для того, чтобы получить квантовый компьютер, способные производить невозможные сегодня расчёты», — заявил профессор Вайсс.

Предложенная им технология использует как свет лазера, так и микроволны для точного управления переключениям избранных индивидуальных кубитов без изменения состояния других атомов в кубическом массиве. Предполагается, что это достижение будет полезно и для других типов квантовых компьютеров, включая те, что базируются на других атомах или ионах, или на одно- и двумерных структурах из искусственных атомов.

В экспериментах, сотрудники Penn State сконструировали из лучей света ловушку для удерживания кубического массива из пяти слоев по 25 атомов в каждом. Часть из 125 ячеек массива они заполнили кубитами из нейтральных атомов цезия. Затем, отдельные атомы в решётке выделяли пересекающимися (адресующими) лучами лазера из-за чего атомные уровни энергии смещались. При облучении всего массива потоком микроволн, изменялось состояние только «адресованного» атома со смещёнными энергетическими уровнями.

«Мы получили систему с довольно высокой достоверностью, — отметил Вайсс. — Осуществлять выбор у нас получается с надёжностью около 99,7%, и мы рассчитываем довести её до 99,99%».

Вайсс надеется, что совершенствование методов, продемонстрированных на прототипе позволит его лаборатории показать высококачественные операции перепутывания для квантовых вычислений.

«Заполнение куба в точности одним атомом для каждой ячейки и перепутывание атомов в любых выбранных ячейках, это ближайшие цели наших исследований», — сообщил он.