Fremskynder kvanteberegning ved hjælp af kæmpe atomioner

Fangede Rydberg -ioner kan være det næste skridt mod at skalere kvantecomputere til størrelser, hvor de praktisk talt kan bruges, en ny undersøgelse i Natur viser sig.

Forskellige fysiske systemer kan bruges til at lave en kvantecomputer. Fangede ioner, der danner en krystal, har ledet forskningsfeltet i årevis, men når systemet skaleres op til store ionkrystaller, bliver denne metode meget langsom. Komplekse aritmetiske operationer kan ikke udføres hurtigt nok, før den lagrede kvanteinformation forfalder.

En forskningsgruppe ved Stockholms Universitet kan have løst dette problem ved at bruge kæmpe Rydberg -ioner, 100 millioner gange større end normale atomer eller ioner. Disse enorme ioner er meget interaktive og, derfor, kan udveksle kvanteinformation på mindre end et mikrosekund.

"I en vis forstand, Rydberg -ioner danner små antenner til udveksling af kvanteinformation og gør det således muligt at realisere særligt hurtige kvanteporte, som er de 'grundlæggende byggesten' i en kvantecomputer, "forklarer Markus Hennrich, Institut for Fysik, Stockholms universitet, og gruppeleder fra teamet på Stockholms universitet. "Samspillet mellem Rydberg -ioner er ikke baseret på krystalvibrationer, som med ioner fanget i krystalform, men på udveksling af fotoner. Den hurtige interaktion mellem Rydberg -ionerne kan bruges til at skabe kvanteindvikling. "

"Vi brugte denne interaktion til at udføre en kvanteberegningsoperation (en sammenfiltret gate), der er omkring 100 gange hurtigere end typisk i fangede ionsystemer, "forklarer Chi Zhang, forsker ved Institut for Fysik, Stockholms universitet.

Teoretiske beregninger, der understøtter eksperimentet, er blevet udført af Igor Lesanovsky og Weibin Li ved University of Nottingham, Storbritannien og University of Tübingen, Tyskland.

"Vores teoretiske arbejde bekræftede, at der faktisk ikke forventes nogen afmatning, når ionkrystallerne bliver større, fremhæver udsigten til en skalerbar kvantecomputer, "siger Igor Lesanovsky fra University of Tübingen.

Kvantecomputere betragtes som en af ​​de vigtigste teknologier i det 21. århundrede. Mens konventionelle computere fungerer i henhold til lovene i klassisk fysik, kvantecomputere arbejder efter kvantemekanikkens regler. Indviklede kvantas evne til at udveksle oplysninger uden tidsforsinkelse gør dem meget hurtige og kraftfulde. I fremtiden, kvantecomputere kunne bruges, hvor komplekse beregninger skal løses, for eksempel i design af nye lægemidler eller i kunstig intelligens.