Продемонстрирован устойчивый процесс квантовых вычислений

Физики из Национального института стандартов и технологии (NIST) продемонстрировали устойчивые операции по обработке информации на ионах. Эта работа преодолевает существенные преграды в масштабировании технологии с использованием ионных ловушек.

В новой демонстрации исследователи из NIST неоднократно выполняли комбинированную последовательность из пяти операций квантовой логики и 10 транспортных операций при сохранении и управлении двоичными 0 и 1 на ионах, выполняющих роль кьюбитов в гипотетическом квантовом компьютере, и сохраняя способность последовательно манипулировать информацией.

В эксперименте, выполненном в NIST кьюбиты хранились на двух ионах бериллия, удерживаемых в ловушке с шестью различными зонами. Для перемещений ионов из одной зоны в другую использовалось электрическое поле, а для изменений состояний энергии ионов применялись импульсы лазера специальной частоты и длительности. Ученые продемонстрировали повторяемую последовательность логических операций на ионах и обнаружили, что частота появления ошибок не увеличивается при переходе от серии к серии несмотря на перемещения кьюбитов на макроскопические расстояния (около 1 мм).

Исследователи применили в квантово-информационном процессе две ключевые инновации. Первая заключалась в том, что они использовали два иона магния для охлаждения ионов бериллия после транспортировки, обеспечив тем самым возможность нескольких логических операций без дополнительных ошибок вследствие нагревания в результате транспортировки. Сильное электрическое взаимодействие между ионами позволило охлажденному лазером магнию охладить ионы бериллия без искажения сохраняющейся информации. Такой метод охлаждения был применен впервые для двухкьюбитовых логических операций.

Другой значительной инновацией было использование трех разных пар энергетических состояний ионов бериллия, чтобы удерживать информацию в течение разных шагов процесса обработки.