Atomiske fætre slår sig sammen i en tidlig kvante -netværksknude

Kvantecomputere i stor skala, som er en aktiv forfølgelse af mange universitetslaboratorier og tech -giganter, forblive år væk. Men det har ikke forhindret nogle forskere i at tænke fremad, til et tidspunkt, hvor kvantecomputere måske er forbundet sammen i et netværk, eller en enkelt kvantecomputer kan blive delt op på tværs af mange sammenkoblede noder.

En gruppe fysikere ved University of Maryland, arbejder med JQI Fellow Christopher Monroe, forfølger det andet mål, forsøger at koble isolerede moduler af fangede atomioner op med lys. De forestiller sig mange moduler, hver med hundrede eller deromkring ioner, forbundet til en kvantecomputer, der i sig selv er skalerbar:Hvis du vil have en større computer, tilføj blot flere moduler til blandingen.

I et papir, der for nylig blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , Monroe og hans samarbejdspartnere rapporterede om at sammensætte mange af de stykker, der var nødvendige for at oprette et sådant modul. Den indeholder to forskellige ioner:en ytterbiumion til lagring af information og en bariumion til frembringelse af det lys, der kommunikerer med andre knuder.

Denne tilgang med to arter isolerer lagrings- og kommunikationsopgaverne for en netværksknude. Med en enkelt art, manipulering af kommunikationsionen med en laser kan let ødelægge lagringsionen. I flere forsøg, forskerne demonstrerede, at de med succes kunne isolere de to ioner fra hinanden, overføre oplysninger mellem dem og fange lys genereret af begge ioner.

Lyset fra bariumkommunikationsionen kunne i sidste ende ledes gennem fiberoptiske kabler til en rekonfigurerbar sensor, hvor det ville møde lys fra andre knuder. For at demonstrere, at modulet kunne producere dette kommunikationslys, holdet ophidsede omhyggeligt bariumionen med en laser - forlod ytterbiumionen uberørt - og fangede det udsendte lys, da det forfaldt. Ved at observere både dette udsendte lys og ion, holdet fastslog, at de to var sammenfiltrede, et krav, hvis lyset skal overføre meddelelser i et kvantenetværk.

Holdet overførte også oplysninger mellem de to ioner, ved hjælp af deres indbyrdes elektriske skub og den resulterende bevægelse til at blande ionernes interne kvanteegenskaber. Brug af lasere til at begejstre specifik bevægelse, holdet viste, hvordan man bytter information fra den ene ion til den anden og endda vikler de to ioner sammen. Indvikling af lagringsionen med kommunikationsionen og kommunikationsionen med udgående lys er de vigtigste ingredienser, der er nødvendige for en knude i et kvantenetværk.

At bruge to forskellige arter kom med nogle udfordringer, selvom. Et problem, der skulle overvindes, var en størrelse -uoverensstemmelse. Da ioner giver hinanden et elektrisk skub, de vakler på en koordineret måde, når de er fanget ved siden af ​​hinanden. Men ytterbium er tungere end barium, skaber et uoverensstemmelse i denne bevægelse, der bremser den hastighed, som information kan overføres fra ytterbium -hukommelsen til barium -grænsefladen.

Ved at analysere denne koblede bevægelse, teamet indså, at brug af bevægelse langs linjen, der forbinder de to ioner - noget der typisk er langsommere, fordi ioner ikke er så stramt begrænset i denne retning - ville fremskynde informationsoverførslen.

Teamet har tilføjet hukommelsesioner til deres modul siden de eksperimenter, de rapporterer i dette arbejde. Men deres hovedfokus fremover vil være at koble flere moduler sammen, med det endelige mål i stor skala, modulær kvantecomputer.