Самый надежный на сегодняшний день метод управления с помощью света лазера отдельными кубитами, состоящими из атомов бария, разработали исследователи из канадского Института квантовых вычислений (IQC) Университета Ватерлоо, 11 сентября сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Для создания будущих функциональных квантовых компьютеров важным требованием является возможность надежного управления кубитом — квантовым битом.
Новый метод канадских ученых основан на использовании небольшого стеклянного волновода для разделения лазерных лучей и фокусировки их на расстоянии четырех микрон друг от друга, что позволяет с недостижимой ранее точностью управлять целевым кубитом параллельно каждым сфокусированным лазерным лучом.
Профессор IQC и факультета физики и астрономии университета Ватерлоо К. Раджибул Ислам пояснил суть разработанного метода:
«Наша конструкция ограничивает количество перекрестных помех — количество света, падающего на соседние ионы — до очень небольшой относительной интенсивности в 0,01%, что является одним из лучших показателей в квантовом сообществе. В отличие от предыдущих методов создания гибкого контроля над отдельными ионами, модуляторы на основе волокон не влияют друг на друга».
Таким образом, предложенный метод позволяет воздействовать на любой ион, не затрагивая его соседей, при этом сохраняя возможность контролировать каждый отдельный ион в максимально возможной степени.
«Это самая гибкая система управления ионными кубитами с такой высокой точностью, которой, как мы знаем, нет нигде, как в научных исследованиях, так и в промышленности», — подчеркнул ученый.
Для исследования метода ученые выбрали ионы бария, ставшие популярными в области квантовых вычислений захваченных ионов. Их популярность обусловлена тем, что ионы бария имеют удобные энергетические состояния, позволяющие их использовать в качестве нулевого и первого уровней кубита.
Этими состояниями можно манипулировать с помощью видимого зеленого света, тогда как для манипуляции другими типами атомов необходим ультрафиолетовый свет, обладающий более высокой энергией. Поэтому ученые могли в своих исследованиях использовать коммерчески доступные оптические технологии, что невозможно для ультрафиолетовых волн.
Ими был создан волноводный чип, который делит лазерный луч на 16 различных световых каналов, после чего каждый канал направляется на свой модулятор, изготовленный на основе оптического волокна. Эти модуляторы независимо друг от друга обеспечивают быстрое управление интенсивностью, частотой и фазой каждого лазерного луча.
Далее эти лазерные лучи фокусируются на небольшом расстоянии друг от друга с помощью последовательности оптических линз, напоминающей телескоп. Точность фокусировки и возможность управления каждым лазерным лучом исследователи подтвердили с помощью точных датчиков камеры.
«Эта работа является частью наших усилий в Университете Ватерлоо по созданию квантовых процессоров на ионах бария с использованием атомных систем», — сообщил соруководитель исследования, преподаватель IQC и факультета физики и астрономии Ватерлоо Кристал Сенко.
Созданный в Университете Ватерлоо новый волноводный метод продемонстрировал простоту и точность управления состояниями кубитов и свою перспективность для кодирования и обработки квантовых данных, а также для реализации вычислений в квантовом компьютере.
Результаты исследования метода были представлены в статье «Система управляемого света для гибкой индивидуальной адресации кубитов Ba+ с перекрестными помехами уровня 10⁻⁴», опубликованной в журнале Quantum Science and Technology.
