Ученые из США и Великобритании научились управлять кубитами в ионных ловушках без использования лазера, достигнув сопоставимой с лазерными методами точности и ускорив процесс примерно в четыре раза. В своей работе исследователи использовали архитектуру квантового компьютера, основанную на заряженных частицах — ионах, удерживаемых в пространстве при помощи электромагнитных полей.

В такой системе кубиты — квантовые биты информации — представлены в форме стабильных электронных состояний каждого иона. Чтобы квантовый компьютер имел прикладную ценность, нужно обладать возможностью квантово запутать — то есть связать в общую систему — несколько кубитов. И для этого, как правило, используют лазер.

Авторы нового исследования показали, что без этого сложного и дорогого инструмента можно обойтись, если для управления квантовыми состояниями кубитов применить магнитные поля особой структуры. Предложенный ими метод основан на осциллирующем градиенте радиочастотного магнитного поля в сочетании с микроволновыми магнитными полями, то есть на сумме полей разных частотных диапазонов.

Использовать магнитные поля для контроля кубитов дешевле и практичнее, чем лазеры, однако до сих пор этот метод уступал лазерному по надежности. Авторы работы показали, что их подход позволяет получить уровень достоверности не ниже 68% при квантовом запутывании двух кубитов — той же отметки ранее достигли лазерные методы.

Микроволновые технологии для управления лазерами позволят сделать ионные квантовые компьютеры более масштабируемыми: поскольку новый способ может одновременно квантово запутывать разные пары ионов без повышения сложности, он имеет потенциал в реализации крупномасштабных квантовых процессоров такого типа. Исследователи также показали, что их метод устойчив к декогеренции — процессу потери записанной информации.

Авторы работы считают, что в сочетании с маломощным светом, подаваемым через интегрированную в ионную ловушку фотоникой, и встроенными детекторами для считывания кубитов их технология позволит создать высокоточные и полностью интегрированные в чип квантовые компьютеры.

Подробнее о новом подходе рассказано в статье, опубликованной в журнале Nature.