Физики из Стокгольмского университета (Швеция) и Университета Инсбрука (Австрия) построили однокубитный вентиль Ридберга — первый базовый элемент нового типа квантового компьютера, позволяющего решить проблему масштабируемости.

Одной из основных сложностей в создании квантового компьютера является увеличение числа запутанных кубитов, которые используются в каждом логическом вентиле. Причина отчасти в том, что многокубитные вентили, которые обычно используются в системах с захваченными ионами, подвержены так называемому «спектральному затору», когда число кубитов возрастает. Однако система захваченных ионов Ридберга не подвержена такому явлению. Это значит, что с ее помощью можно найти решение масштабируемости квантовых компьютеров.

В своем исследовании шведские и австрийские физики построили первый однокубитный вентиль Ридберга и надеются, что смогут расширить его сначала до двух кубитов, а затем добавят еще.

Прежде чем создать вентиль, ученым пришлось впервые добиться когерентного ридбергского возбуждения иона. В ходе этого двухэтапного процесса они сначала при помощи лазера привели ион стронция в первое возбужденное состояние, а потом в еще более высокоэнергетическое ридберговское состояние. Ридберговские состояния считаются экзотическими состояниями материи, поскольку один из электронов настолько возбуждается и находится так далеко от ядра, что едва связан с ионом.

Суть открытия заключается в том, что это ридберговское состояние было достигнуто в когерентной манере, что является необходимым условием создания многокубитных вентилей Ридберга. Сочетая когерентное ридберговское возбуждение с методами манипуляции кубитами, ученые смогли продемонстрировать однокубитный вентиль Ридберга.

Вдобавок к масштабируемости преимуществами будущих квантовых компьютеров на ионах Ридберга могут также стать улучшенный контроль кубитов и быстродействие вентилей. В ближайших планах физиков — измерить взаимодействия между двумя ионами Ридберга и использовать данные для спутывания этих ионов, сообщает Phys.org.

Фото: Uni Ulm

Стабильный кремниевый квантовый вентиль для двухкубитной системы представили недавно ученые Германии и США. Они впервые использовали в качестве основы для хранения кубитов не ионы, а электронный спин кремния.