En ny rekord for atombaserede kvantecomputere:1.000 atomare qubits og stigende

At gøre kvantesystemer mere skalerbare er et af nøglekravene for den videre udvikling af kvantecomputere, fordi de fordele, de tilbyder, bliver mere og mere tydelige, efterhånden som systemerne skaleres op. Forskere ved TU Darmstadt har for nylig taget et afgørende skridt i retning af at nå dette mål.

Kvanteprocessorer baseret på todimensionelle arrays af optiske pincet, som er skabt ved hjælp af fokuserede laserstråler, er en af ​​de mest lovende teknologier til udvikling af kvanteberegning og -simulering, der vil muliggøre yderst gavnlige applikationer i fremtiden. En bred vifte af applikationer fra udvikling af lægemidler til optimering af trafikstrømme vil drage fordel af denne teknologi.

Disse processorer har været i stand til at holde flere hundrede enkeltatoms kvantesystemer indtil nu, hvor hvert atom repræsenterer en kvantebit eller qubit som den grundlæggende enhed for kvanteinformation. For at gøre yderligere fremskridt er det nødvendigt at øge antallet af qubits i processorerne. Dette er nu opnået af et team ledet af professor Gerhard Birkl fra forskningsgruppen Atoms—Photons—Quanta i Institut for Fysik på TU Darmstadt.

I en forskningsartikel, som første gang blev postet i begyndelsen af ​​oktober 2023 på arXiv preprint server og er nu også blevet publiceret efter videnskabelig peer review i tidsskriftet Optica , rapporterer holdet om verdens første succesrige eksperiment til at realisere en kvantebearbejdningsarkitektur, der indeholder mere end 1.000 atomare qubits i ét enkelt plan.

"Vi er ekstremt glade for, at vi var de første til at bryde mærket med 1.000 individuelt kontrollerbare atomare qubits, fordi så mange andre fremragende konkurrenter er varme i hælene på os," siger Birkl.

Forskerne var i stand til at demonstrere i deres eksperimenter, at deres tilgang til at kombinere de nyeste kvante-optiske metoder med avanceret mikro-optisk teknologi har gjort det muligt for dem at øge de nuværende grænser for det tilgængelige antal qubits markant.

Dette blev opnået ved at introducere den nye metode med "kvantebit-overladning". Det gjorde det muligt for dem at overvinde de begrænsninger, der var pålagt antallet af anvendelige qubits af lasernes begrænsede ydeevne. I alt 1.305 enkeltatom-qubits blev indlæst i et kvantearray med 3.000 fældesteder og samlet igen til defektfrie målstrukturer med op til 441 qubits. Ved at bruge flere laserkilder sideløbende har dette koncept brudt igennem de teknologiske grænser, der hidtil var blevet opfattet som værende næsten uoverkommelige.

For mange forskellige applikationer ses 1.000 qubits som den tærskelværdi, hvorfra det boost til effektivitet, der er lovet af kvantecomputere, nu kan demonstreres for første gang. Forskere verden over har således arbejdet intensivt på at være de første til at bryde denne tærskel. Undersøgelsen af ​​Birkl og kolleger beskriver, hvordan yderligere stigninger i antallet af laserkilder vil muliggøre qubit-tal på 10.000 og mere på få år.

Flere oplysninger: Lars Pause et al., Supercharged to-dimensional pincet array med mere end 1000 atomare qubits, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.513551

Leveret af Technische Universitat Darmstadt