Технология управляемого разгона ионов улучшит квантовые вычисления

Физики из National Institute of Standards and Technology (NIST) смогли ускорить ионы бериллия с нуля до 100 миль в час и остановить их всего за несколько микросекунд. Один ион мог проходить 0,37 мм за 8 мкс — в 100 раз быстрей, чем удавалось достичь до сих пор.

Хотя ионы в ускорителях могут разгоняться до гораздо более высоких скоростей, в NIST сумели добиться точного контроля за процессом ускорения и внезапной остановки в ионной ловушке. Кроме того, при этом не изменяются энергетические состояния электронов, в которых при квантовых вычислениях хранится информация.

В публикации «Coherent diabatic ion transport and separation in a multi-zone trap array» для Physical Review Letters, физики NIST описывают, как они охлаждали захваченные ионы, переводя их на нижний энергетический уровень, и как, в отдельных экспериментах, переносили один и два иона на расстояние в несколько сот микрометров в мультизонной ловушке. Исследовательская группа из Майнца (Германия) сообщила об аналогичных результатах.

Быстрое ускорение возбуждает нежелательное колебательное движение ионов, но исследователи контролируемо замедляли их, возвращая в первоначальное квантовое состояние. Это достигается специальной схемой на базе быстрого программируемого массива FPGA, задающей величину и последовательность приложения напряжения к разным электродам ионной ловушки.

В процессе работы квантового компьютера информацию, записанную в кубитах, необходимо переносить в процессоре. Физическое перемещение ионных кубитов обычно происходит значительно медленнее, чем длительность логических операций. Новое достижение делает эти процессы практически эквивалентными по быстродействию, позволяя перемещать ионы и готовить их для повторного использования гораздо быстрее, чем было возможно до сих пор. В NIST продолжают совершенствование этой технологии, в частности, ищут пути подавления нагрева ионов от электрических шумовых полей окружающей среды.