Rampalı alanlar, tuzaklanmış iyon kübitleri arasında daha güçlü bir dolaşma yaratır

Kuantum hesaplama geleceğin potansiyeli olsa da şu anda hassas donanımlarla boğuşuyor. Teknolojiyi pratik hale getirmek için araştırmacıların, teknolojinin tutarlı ve sürekli olarak geniş ölçekte çalıştığını ve performans gösterdiğini göstermesi gerekiyor. ‘de yayınlanan yeni bir çalışmada Fiziksel İnceleme MektuplarıLawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki (LLNL) araştırmacılar ve Boulder, Colorado’daki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki İyon Depolama Grubu, tuzaklanmış iyon kubitlerini dolaştırmak için sağlam bir süreç yarattı. Sonuç, iyon tabanlı kuantum bilgisayarlar için daha iyi yapı taşları anlamına gelir.

Yaklaşım, iki sıkışmış iyon arasında fiziksel bir bağlantı oluşturur. Bu iyonlar doğal olarak titreşmelerine rağmen bir elektrik alanıyla yerinde tutulur. Yükleri aynı olduğundan birbirlerini de iterler. Bir iyon hareket ederse komşusunu iter.

Bu paylaşılan hareket, kübitler arasında bir haberci olarak kullanılabilir. Bu deneyde ekip, iyonlara kuvvet uygulamak için radyo frekansı ve mikrodalga elektromanyetik alanlarını kullandı. Farklı kuantum durumlarında (örneğin, kübit yukarıya veya aşağıya baktığında), kuvvet, paylaşılan iyon hareketini biraz farklı bir şekilde iter.

İyonlar bu kontrollü itişten hareket ettikçe, “faz kayması” olarak adlandırılan bir durum elde ederler. Esasen kübitlerde kodlanan bir açı olan bu faz kayması, iki iyonun birleşik kuantum durumuna bağlıdır.

Doğru ve kesin olarak seçilmiş zamanlamayla iyonların hareketi, tam olarak başladığı yerde sona erer. Artık iyonların kuantum durumlarına bağlı bir faz kayması var. Birbirine bağlı veya dolaşmış durumdalar.

Yazar ve LLNL bilim insanı Tyler Guglielmo, “Dolaşıklık, kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan ayıran temel özelliklerden biridir ve kuantum avantajının nasıl elde edilebileceğinin merkezinde yer alır” dedi. “Bu tür klasik olmayan korelasyonlar, evrensel kuantum hesaplamayı mümkün kılan şeydir.”

Hız ile istikrarın dengelenmesi

Uygulanan elektromanyetik kuvvet ile iyonların doğal titreşim frekansı arasındaki boşluğun ayarını bozmak, sürecin zorlu ve yeni kısmıydı.

Salıncakta sallanan bir insan gibi titreşen bir iyon düşünün. Salınımı tam olarak doğru ritimde veya rezonansta iterseniz, onun hızlanmasını sağlayabilirsiniz. Ama eğer o kişi kıpırdarsa ritmi bozacaktır. Aynı durum iyonlar için de geçerlidir. Rezonans sürüşü kübitlerin daha hızlı çalışmasını sağlar ancak iyonların kendi doğal sallantısı süreci sekteye uğratabilir.

Buna karşılık, bir vuruşu ritmin dışına itmek onu zar zor hareket ettirir. Harekette gerçek bir değişiklik yaratmadan önce uzun süre zorlamanız gerekirdi. Ancak sizin gücünüzle salıncağın rezonansı arasında o kadar fark var ki, içinde oturan kişinin hareket etmesi pek de önemli değil. Sistem çok daha sağlamdır ancak daha yavaştır.

Yazarlar her iki faydayı da istiyorlardı: hızlı kuantum hesaplama anlamına gelen hızlı kübitler ve sağlam kuantum hesaplama anlamına gelen sağlam kübitler. Bu dualiteyi elde etmek için elektromanyetik alanları, rampalı bir ayar bozma yaklaşımı kullandı.

Ölçeklenebilir iyon tuzaklarına doğru rampalama

Guglielmo, “Rezonanstan uzakta başlıyoruz, ortadaki rezonansa yaklaşıyoruz ve sonra geri çekiliyoruz” dedi. “Bu, geçidin bir kısmını rezonansa yakın harcayarak hız kazanmaya devam ederken, uzak ayarlı operasyonla ilişkili sağlamlığın bir kısmını yakalamamıza olanak tanıyor.”

Ekip ayrıca uygulanan kuvvetin gücünü de artırdı. Genlik ve frekans rampaları birlikte, duruma bağlı kuvvetin uygulanmasını daha bağışlayıcı hale getirerek iyonların daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına olanak tanır, kalibrasyon ihtiyaçlarını azaltır ve ölçek büyütmenin önünü açar.

Guglielmo, “Bu çalışmanın birçok iyon tuzağı deneyi üzerinde etkisi var. Ayarın bozulmasının hızlandırılması kesinlikle birçok planın içine sızacaktır” dedi. “Bir sonraki adımımız, bunu ekstra koruyucu donanıma sahip yeni bir iyon tuzağı sisteminde uygulamak olacak, bu da hataları daha da aza indirmemize olanak sağlayacak.”