ทีมวิจัยสองทีมในสหรัฐฯ ได้พัฒนาตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมที่ใช้อะตอมอิตเทอร์เบียม (Yb) ที่เป็นกลางเป็นคิวบิต ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการใช้สปีชีส์อะตอมนี้เพื่อจุดประสงค์นี้ การดักจับอะตอม 100 Yb ในอาร์เรย์ขนาด 10 × 10 นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถดำเนินการเกทแบบสองควิบิตที่ยุ่งเหยิงกับพวกมันได้ ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมตามตัวเลือกของควิบิตนี้โดยหลักการแล้ว qubits สามารถเป็นระบบควอนตัมใดๆ ก็ตามที่สามารถขนส่งข้อมูลผ่านที่เรียกว่า quantum register
ซึ่งบรรจุ qubits ในลักษณะเดียวกับ register แบบคลาสสิก
ที่บรรจุบิตในกลุ่ม 8, 16, 32 และ 64 อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้ทั้งหมด คิวบิตของอะตอมที่เป็นกลางมีพื้นฐานมาจากโลหะอัลคาไล เช่น รูบิเดียมหรือซีเซียม เนื่องจากอะตอมกลุ่มนี้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเดี่ยวจึงสามารถควบคุมได้อย่างมากโดยใช้เทคนิคขั้นสูงที่เข้าใจกันดี เช่น การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์และการดักจับ
ในการทดลองล่าสุด ทีมอิสระที่นำโดยAdam Kaufmannจาก JILA ในโคโลราโด และJeff Thompsonจากมหาวิทยาลัย Princeton ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ แทนที่จะใช้การหมุนของนิวเคลียร์ของไอโซโทป Yb หรือ Yb-171 เป็นทางเลือกของควิบิต โครงสร้างภายในที่สมบูรณ์ของโลหะ Yb ที่ “คล้ายดินอัลคาไล” มีความเป็นไปได้มากมายสำหรับการระบายความร้อนและการดักจับ ในขณะเดียวกันก็สร้างระบบ qubit ที่แข็งแกร่งต่อการรบกวนจากภายนอกได้ คิวบิตที่ใช้ Yb จะช่วยให้การทำงานของเกทมีประสิทธิภาพมากขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพของตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมหลักเกณฑ์ที่สำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความเที่ยงตรงสูงคือต้องมีการควบคุมมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในการตั้งค่าการลงทะเบียนควอนตัม ในเทคนิคที่ทีม JILA เรียกว่า “การโหลดแบบกำหนดระยะใกล้” ก๊าซของอะตอมจะถูกทำให้เย็นลงก่อนและเตรียมในกับดักแมกนีโตออปติก จากนั้นก๊าซจะถูกบีบอัดเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของอะตอมก่อนที่อะตอมจะถูกโหลดเข้าไปในศักย์แสงที่เกิดจากอุปกรณ์อาร์เรย์ขนาด 10 × 10 ที่เรียกว่าแหนบออปติคอล ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าแหนบ 100 แห่งแต่ละแห่งมีอะตอมอย่างน้อยหนึ่งอะตอม
อะตอมที่ติดอยู่จะถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็ก ซึ่งแบ่งพวกมันออก
เป็นกลุ่มที่แยกจากกันซึ่งกำหนดโดยสถานะแม่เหล็กของพวกมัน สิ่งนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถใช้ลำแสงเลเซอร์เพิ่มเติมเพื่อ “กำจัด” อะตอมส่วนเกินออกจากตำแหน่งแหนบที่บรรทุกมากเกินไป เพื่อแยกอะตอมเดี่ยวออกจากกันในแต่ละตำแหน่ง ลำดับนี้โหลดอะตอมเดียวในมากกว่า 90% ของอาร์เรย์ และจากข้อมูลของ Aruku Senoo นักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ทำงานเกี่ยวกับการทดลองของ JILA การรวมเข้ากับโปรโตคอลการจัดเรียงใหม่แบบปากคีบที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดีน่าจะทำให้สามารถปรับขนาดจำนวนคิวบิตได้
การดำเนินการเกตแบบควิบิตเดียว
เมื่อพวกเขาเตรียมควิบิตในสถานะย่อยแม่เหล็ก -½ ของ Yb-171 สมาชิกของทั้งสองทีมสามารถสาธิตการทำงานแบบควิบิตเดียวได้ โดยเริ่มต้นคิวบิตไปที่สถานะ ½ ด้วยค่าความเที่ยงตรง (การวัดการควบคุมการดำเนินการ) ที่ 99.95% . เนื่องจากลำดับนี้ใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานแม่เหล็กของระดับพลังงาน Yb ธอมป์สันจึงคิดว่าเวลาเชื่อมโยงกันสูงสุดของการดำเนินการ นั่นคือ อายุการใช้งาน qubit ที่ 3.7 วินาทีสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกโดยการทำให้สนามแม่เหล็กที่ใช้ในการติดตั้งมีเสถียรภาพ นอกจากนี้ กลไกการดักจับยังขึ้นอยู่กับสถานะโพลาไรเซชันของช่องแสง ดังนั้น การปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นอาจทำให้การดักจับมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ทั้งสองทีมต้องเอาชนะคือการตัดสินสถานะสุดท้ายของคิวบิต วิธีทั่วไปในการทำเช่นนี้คือการถ่ายภาพด้วยแสงฟลูออเรสเซนซ์ โดยพื้นฐานแล้ว การฉายแสงบนอะตอมเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานของอะตอม จากนั้นวัดแสงที่เปล่งออกมาเพื่อตอบสนอง อย่างไรก็ตาม การเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมสำหรับลำแสงสร้างภาพนั้นค่อนข้างยุ่งยาก ในขณะที่ทีม JILA ใช้การเปลี่ยนแปลงในวงกว้างที่ 399 นาโนเมตร ทีมงานของ Princeton ตัดสินใจใช้ความยาวคลื่นที่เรียกว่า “มายากล” ซึ่งจะทำให้สถานะ qubit ไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการถ่ายภาพ และลดการสูญเสียของอะตอม แต่เนื่องจากระดับพลังงานของไอโซโทป Yb-171 ยังไม่ได้รับการแมปโดยละเอียด ทีมงานของ Princeton จึงต้องค้นหาความยาวคลื่นมหัศจรรย์นี้ก่อน
แม้ว่าความเที่ยงตรงของเกทสองควิบิตที่แสดงอยู่ด้านล่างซึ่งแสดงให้เห็นโดยไอออนหรือแพลตฟอร์มควิบิตตัวนำยิ่งยวด Senoo กล่าวว่าระบบควิบิตที่ใช้ Yb มีเส้นทางที่มีแนวโน้มในการสร้างอาร์เรย์ขนาด 1,000 คิวบิต ในขณะที่เพิ่มจำนวนของไอออนที่ติดอยู่ หรือตัวนำยิ่งยวด qubits แม้กระทั่งระดับ 100-qubit นั้นไม่ตรงไปตรงมามากนัก นอกจากนี้ Rydberg state-mediated entanglement ยังมีข้อได้เปรียบในการจำกัด crosstalk และการโต้ตอบที่ไม่ต้องการในระบบที่ยุ่งเหยิงหลายควิบิต การโต้ตอบดังกล่าวจะลดความเที่ยงตรงของการทำงานของคิวบิต ดังที่ได้แสดงให้เห็นกับไอออนที่ติดอยู่และคิวบิตตัวนำยิ่งยวด
จากข้อมูลของทอมป์สัน อะตอมที่เป็นกลางกำลังมีช่วงเวลาหนึ่งอย่างแน่นอน ทั้งสองทีมกำลังทำงานเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเพื่อให้ได้ความเที่ยงตรงของเกทสองควิบิตที่ดีขึ้นโดยใช้ช่วงการเปลี่ยนภาพอื่นๆ ใน Yb-171 งานวิจัยของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในเอกสารย้อนหลังใน Phys Rev X
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
