Obliczenia kwantowe w polu magnetycznym: Nowa pułapka jonowa dla większej liczby kubitów

Grupa badawcza z ETH Zurich zmierzyła się z ograniczeniami obecnych komputerów kwantowych. Jednym z największych wyzwań jest ekspansja do ponad 100 kubitów. Obecnie w użyciu są tylko niektóre modele z kilkuset kubitami. Istnieją również konfiguracje z ponad tysiącem kubitów, na przykład w Jülich Research Center w Niemczech, ale nie były one jeszcze w stanie naprawdę pokazać, co potrafią.

Aby temu przeciwdziałać, naukowcy wybrali metodę, która jest tak stabilna, jak to tylko możliwe i może być skonstruowana przy stosunkowo niewielkim wysiłku. Pułapka jonowa z promieniowaniem radiowym może utrzymywać stabilne stany kwantowe i dlatego jest uważana za obiecującą.

Jednak dla każdej z tych pułapek wymagana jest przestrzeń, która ostatecznie reprezentuje kubit. Źródło promieniowania radiowego wymaga dużej ilości energii. Zakłócenia między obwodami i potrzeba specjalnych materiałów również podnoszą koszty, zwiększają zużycie energii i zmniejszają wydajność.

Przeciwdziałać temu ma pułapka jonowa, która zamiast promieniowania radiowego wykorzystuje pole magnetyczne o sile 3 Tesli. Wartość ta mieści się w zakresie typowego tomografu rezonansu magnetycznego, a więc jest dość wysoka. Mimo to tak skonstruowana pułapka powinna być niezwykle kompaktowa. Kolejnym krokiem jest połączenie kilku podobnych struktur w bardziej złożony obwód.

Badanie opublikowane w Nature wykazało https://www.nature.com/articles/s41586-024-07111-xkolejne zalety tej metody. Między innymi, pole magnetyczne jest równie silne w całej pułapce jonowej, w przeciwieństwie do promieniowania radiowego. Pozwala to na znacznie lepszą kontrolę nad jonami. Przykładowo, zespół badawczy był w stanie przemieścić pojedynczy jon berylu na obszarze o wielkości zaledwie kilku mikrometrów. Na powierzchni możliwe jest ponad 100 różnych pozycji.

Dzięki elastycznemu pozycjonowaniu można sobie wyobrazić wiele innych możliwych zastosowań pułapki jonowej. Być może nawet pewnego dnia powstanie komputer kwantowy, który w akceptowalnych warunkach (rozmiar, wydajność) przyniesie ze sobą od dawna obiecane możliwości (naprawdę wysoką wydajność).