Ученые научились контролировать одиночный кубит

Стремясь увеличить количество кубитов в квантовом процессоре, разработчики квантовых компьютеров сегодня сталкиваются с проблемой: как управлять одним кубитом не затрагивая его ближайших соседей.

В новом эксперименте с двухмерным массивом, образованным из 49 атомных кубитов, Марк Саффман (Mark Saffman) и его коллеги из Висконсинского университета в Мэдисоне продемонстрировали полный контроль над индивидуальным кубитом с помощью комбинации двух электромагнитных полей — микроволнового излучения и видимого света.

Ученые сконструировали свою систему из атомов цезия, зафиксированных в узлах двухмерной оптической решетки с шагом 3,8 мкм. Состояния цезиевых кубитов отличаются хорошей стабильностью, но возбуждаются микроволновым излучением с частотой 9,2 ГГц, длина волны которого намного больше расстояния между кубитами. Это не позволяет напрямую сфокусировать луч только на одном кубите.

Однако авторы нашли обходной путь: они отстроили микроволновой излучатель с резонансной частоты и сфокусировали на выбранном кубите луч лазера с длиной волны 459 нм. Свет вызвал старковское смещение энергетических уровней атома, в результате чего избранный кубит единственным из всех приобрел восприимчивость к отстроенному микроволновому сигналу.

Такая схема обеспечила — впервые в мире — полный контроль за всеми возможными логическими операциями на одном кубите, входящем в состав большого двухмерного массива.