Computer quantistici su larga scala, che sono una ricerca attiva di molti laboratori universitari e giganti della tecnologia, rimanere anni di distanza. Ma questo non ha impedito ad alcuni scienziati di pensare al futuro, a un'epoca in cui i computer quantistici potrebbero essere collegati tra loro in una rete o un singolo computer quantistico potrebbe essere suddiviso in molti nodi interconnessi.

Un gruppo di fisici dell'Università del Maryland, lavorando con JQI Fellow Christopher Monroe, stanno perseguendo il secondo obiettivo, tentando di collegare moduli isolati di ioni atomici intrappolati con la luce. Immaginano molti moduli, ciascuno con un centinaio di ioni, collegati tra loro per formare un computer quantistico intrinsecamente scalabile:se vuoi un computer più grande, aggiungi semplicemente più moduli al mix.

In un articolo pubblicato di recente in Lettere di revisione fisica , Monroe ei suoi collaboratori hanno riferito di aver messo insieme molti dei pezzi necessari per creare un tale modulo. Comprende due diverse specie di ioni:uno ione itterbio per immagazzinare informazioni e uno ione bario per generare la luce che comunica con altri nodi.

Questo approccio a doppia specie isola le attività di archiviazione e comunicazione di un nodo di rete. Con una sola specie, manipolare lo ione di comunicazione con un laser potrebbe facilmente corrompere lo ione di immagazzinamento. In diversi esperimenti, i ricercatori hanno dimostrato di poter isolare con successo i due ioni l'uno dall'altro, trasferire informazioni tra di loro e catturare la luce generata da entrambi gli ioni.

La luce dallo ione di comunicazione del bario potrebbe eventualmente essere instradata attraverso cavi in ​​fibra ottica a un sensore riconfigurabile, dove incontrerebbe la luce di altri nodi. Per dimostrare che il modulo potrebbe produrre questa luce di comunicazione, il team ha accuratamente eccitato lo ione di bario con un laser, lasciando intatto lo ione itterbio, e ha catturato la luce emessa mentre decadeva. Osservando sia questa luce emessa che lo ione, la squadra ha stabilito che i due erano impigliati, un requisito se la luce deve trasportare messaggi in una rete quantistica.

Il team ha anche trasferito informazioni tra i due ioni, usando la loro spinta elettrica reciproca e il moto risultante per mescolare le caratteristiche quantistiche interne degli ioni. Usando i laser per eccitare un movimento specifico, il team ha mostrato come scambiare informazioni da uno ione all'altro e persino intrecciare i due ioni. L'intreccio dello ione di stoccaggio con lo ione di comunicazione e lo ione di comunicazione con la luce in uscita sono gli ingredienti principali necessari per un nodo in una rete quantistica.

L'utilizzo di due specie diverse ha comportato alcune sfide, anche se. Un problema da superare era la mancata corrispondenza delle dimensioni. Poiché gli ioni si danno reciprocamente una spinta elettrica, oscillano in modo coordinato quando sono intrappolati uno accanto all'altro. Ma l'itterbio è più pesante del bario, creando una discrepanza in questo movimento che rallenta la velocità con cui le informazioni possono essere trasferite dalla memoria dell'itterbio all'interfaccia del bario.

Analizzando questo moto accoppiato, il team si è reso conto che l'uso del movimento lungo la linea che collega i due ioni, qualcosa che in genere è più lento perché gli ioni non sono così strettamente confinati in questa direzione, avrebbe accelerato il trasferimento delle informazioni.

Il team ha aggiunto ioni di memoria al proprio modulo dopo gli esperimenti che riportano in questo lavoro. Ma il loro obiettivo principale in futuro sarà collegare più moduli insieme, con l'obiettivo finale di essere su larga scala, computer quantistico modulare.