Быстрые ионы могут добавить скорости квантовым компьютерам

Физики из Национального института стандартов и технологий способны ускорить ионы бериллия от 0 до 100 миль в час и остановить всего за несколько микросекунд.

К тому же, ионы останавливаются полностью и едва чувствуют эффекты скачки. Новое открытие хорошо не только для самих физиков: ученые полагают, что быстрые ионы могут оказаться полезными в квантовых компьютерах.

Ионы (электрически заряженные атомы) перемещаются в 100 раз быстрее, чем было возможно прежде: один ион проходит 370 микрометров за 8 микросекунд (примерно 100 миль в час).

Хотя в акселераторах ионы можно разогнать до намного больших скоростей, в данном случае ионы позволяют контролировать точность быстрого ускорения и внезапных остановок в ионной ловушке.

Чтобы квантовый компьютер сумел решить те проблемы, которые пока еще сложны для современной техники, информацию, переносимая квантовыми битами (кубитами), должна перемещаться в процессоре. Этого можно достичь, физически перемещая ионы. В прошлом движущимся ионам потребовалось намного больше времени, чем длятся логические операции на ионах. Теперь эти временные рамки практически равны, что позволяет переместить ионы и подготовить их к повторному использованию намного быстрее, чем прежде.

Как описано в издании Physical Review Letters, исследователи охладили пойманные в ловушку ионы до их наиболее низкого квантового энергетического состояния движения и, в отдельных экспериментах, транспортировали один и два иона через сотни микрометров в мультизональной ловушке. Быстрое ускорение волнует колебательное движение ионов, которое нежелательно, однако ученые управляли замедлением достаточно хорошо, чтобы вернуть ионы в их первоначальное квантовое состояние, когда они остановились. Исследовательская группа из Майнца (Германия) сообщила о подобных результатах.

Секрет скорости и контроля — специальная электроника. Исследователь Райан Боулер использовал технологию быстрого полевого программируемого множества ворот для программирования уровней напряжения и продолжительности, применительно к разным электродам ионной ловушки. Поддержание плавного напряжения способно перемещать ионы очень быстро, препятствуя излишнему возбуждению.

С разработками в области контроля точности ученые полагают, что ионы могут переноситься еще быстрее и все же возвращаться в первоначальные квантовые состояния после остановки. Ученым предстоит преодолеть множество практических проблем, например, подавить нежелательный нагрев ионов во время движения вследствие шумных электрических полей вокруг.

14.08.2012