Fysikere viser muligheden for at bygge en fanget Rydberg ion kvantecomputer

(Phys.org)—Fysikere har bygget et af de første grundlæggende elementer i en fanget Rydberg-ionkvantecomputer:en enkelt-qubit Rydberg-port. Præstationen illustrerer gennemførligheden af ​​at bygge denne nye type kvantecomputer, som har potentialet til at overvinde de skalerbarhedsproblemer, som nuværende tilgange til kvanteberegning står over for.

Fysikerne, Gerard Higgins, Markus Henrich, og deres medforfattere ved Stockholm Universitet og Universitetet i Innsbruck, har udgivet et papir om deres resultater med enkeltfangede Rydberg-ioner i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

I øjeblikket, en af ​​de største udfordringer, som kvantecomputere står over for, er at opskalere antallet af sammenfiltrede qubits, der bruges i hver logisk gate, hvilket er afgørende for praktisk kvanteberegning. Skalering er så vanskelig til dels, fordi de multiqubit-porte, der almindeligvis anvendes i fangede ionsystemer, lider af problemet med "spektral crowding", når antallet af qubits stiger. Imidlertid, indfangede Rydberg-ionsystemer er immune over for spektral trængsel, hvilket rejser muligheden for, at kvantecomputere lavet af fangede Rydberg-ion-qubits kan tilbyde en ny vej til at realisere skalerbare kvantecomputere.

I den aktuelle undersøgelse, forskerne byggede den første enkelt-qubit Rydberg-port, og de forventer, at det skal være muligt at udvide single-qubit-versionen til en to-qubit Rydberg-gate, og for at fortsætte med at tilføje flere qubits i fremtiden.

For at bygge enkelt-qubit Rydberg-porten, fysikerne nødvendige for at demonstrere, for første gang, den sammenhængende Rydberg-excitation af en ion. Dette var en to-trins proces, hvor de startede med en strontiumion indespærret i en fælde. Ved hjælp af lasere, de exciterede ionen fra en lavtliggende qubit-tilstand til en første exciteret tilstand, og til gengæld ophidsede denne tilstand til en Rydberg-tilstand med endnu højere energi. Rydberg-tilstande betragtes som eksotiske materiens tilstande, da en af ​​ionens valens (yderste) elektroner er exciteret til en så højenergi-orbital og placeret så langt fra kernen, at den knap er bundet til ionen.

Den vigtigste præstation her er, at denne Rydberg-stat blev opnået på en sammenhængende måde, som er nødvendigt for at bygge multiqubit Rydberg-porte. Ved at kombinere den sammenhængende Rydberg-excitation med metoder til qubit-manipulation, forskerne kunne derefter demonstrere enkelt-qubit Rydberg-porten.

"Dette arbejde viser, at Rydberg-ioner kan kontrolleres sammenhængende, og så mange af de interessante fænomener, der udforskes med neutrale Rydberg-atomer, kan også udforskes i dette system, måske med yderligere fordele på grund af den ekstraordinære kontrol, som forskere har over fangning af ionsystemer sammenlignet med fangede atomsystemer, " fortalte Higgins Phys.org .

Ud over deres potentielle skalerbarhedsfordele, fremtidige fangede Rydberg ion kvantecomputere kan også have fordele som god qubit-kontrol og hurtig gate-drift. Forskerne planlægger at undersøge disse muligheder yderligere i fremtiden.

"Dernæst vil vi måle stærke interaktioner mellem to Rydberg-ioner, og brug dette til at vikle ioner sammen, "Higgins sagde. "Fangede Rydberg-ioner har potentialet til at blive brugt til at generere meget store sammenfiltrede tilstande."

© 2017 Phys.org