Ny hastighedsrekord for fangede-ion byggeklodser i kvantecomputere

Forskere ved Oxford University har sat en ny hastighedsrekord for de 'logiske porte', der danner byggestenene i kvanteberegning - en teknologi, der kan transformere den måde, vi behandler information på.

kvantecomputere, som fungerer i henhold til kvantefysikkens love, har potentialet til at overdøve processorkraften i nutidens klassiske computere. Oxford-teamet bruger en fanget-ion-teknik til at udvikle sin computer, hvori logiske porte placerer to ladede atomer - indeholdende information i form af kvantebits, eller qubits - i en tilstand af kvantesammenfiltring. Beskrevet af Einstein som 'uhyggelig', sammenfiltring er kernen i kvanteteknologien og betyder, at de to atomers egenskaber forbliver forbundet, selv når de er adskilt af store afstande.

Studiet, udført af forskere fra Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)-finansierede Networked Quantum Information Technologies Hub (NQIT), som ledes af Oxford University, er rapporteret i journalen Natur . Forskningen bygger på tidligere arbejde, hvor teamet, ledet af professor David Lucas og professor Andrew Steane fra Oxfords Institut for Fysik, opnået en verdensrekord for præcisionen af ​​den logiske port, opnå den krævende nøjagtighed sat af teoretiske modeller for kvanteberegning.

Hovedforfatterne af papiret er Oxford doktorand Vera Schäfer, og Dr. Chris Ballance, en stipendiat ved Magdalen College, Oxford. Vera Schäfer sagde:'Kvantecomputere vil være ideel til opgaver som at faktorisere store tal eller simulere komplekse reaktioner mellem molekyler for at hjælpe med lægemiddeludvikling.

'Tidligere arbejde i vores gruppe producerede kvantelogiske porte med rekordstor præcision. Vi begyndte derefter arbejdet med at øge hastigheden på disse porte uden at gå på kompromis med deres nøjagtighed, hvilket er tricky. Fangede ioner bevæger sig som et pendul under portoperationen, men når denne proces fremskyndes, bliver de følsomme over for en række faktorer, der forårsager fejl.

'Ved at gøre brug af en teknik, der præcist former kraften på ionerne, således at portens ydeevne bliver robust over for disse faktorer, vi var i stand til at øge hastigheden med en faktor på 20 til 60 sammenlignet med de tidligere bedste porte - 1,6 mikrosekunder lange, med 99,8% præcision.

'Vi har nu produceret den højeste troskab og den hurtigste port, når et punkt, hvor vores porte i princippet er gode nok til kvanteberegning. Det næste skridt er at tænke over det i praktiske termer og arbejde hen imod at opskalere vores system for at skabe en levedygtig kvantecomputer.'

Professor Lucas sagde:"Fangede-ion-qubits har længe været prøvestenen for præcision i verden af ​​kvantecomputere, og har også den gode funktion, at de naturligt forbinder fotoner til netværksapplikationer. Men en ulempe var, at de grundlæggende indfiltringsoperationer altid var ret langsomme. I vores seneste eksperiment, vi var i stand til at generere sammenfiltring på tider så korte som 480 nanosekunder, demonstrerer, at den logiske hastighed ikke behøver at være begrænset af den naturlige tidsskala for ionernes "pendul"-bevægelse.'