(Phys.org)—I fisici hanno costruito uno dei primi elementi di base di un computer quantistico a ioni Rydberg intrappolato:un Rydberg gate a qubit singolo. Il risultato illustra la fattibilità della costruzione di questo nuovo tipo di computer quantistico, che ha il potenziale per superare i problemi di scalabilità che affrontano gli attuali approcci al calcolo quantistico.

I fisici, Gerard Higgins, Markus Hennrich, e i loro coautori presso l'Università di Stoccolma e l'Università di Innsbruck, hanno pubblicato un articolo sui loro risultati con singoli ioni Rydberg intrappolati in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Attualmente, una delle maggiori sfide che i computer quantistici devono affrontare è aumentare il numero di qubit entangled utilizzati in ciascuna porta logica, che è essenziale per l'informatica quantistica pratica. Lo scaling è così difficile in parte perché le porte multiqubit comunemente utilizzate nei sistemi di ioni intrappolati soffrono del problema dell'"affollamento spettrale" all'aumentare del numero di qubit. Però, i sistemi di ioni Rydberg intrappolati sono immuni all'affollamento spettrale, il che aumenta la possibilità che i computer quantistici realizzati con qubit di ioni Rydberg intrappolati possano offrire una nuova strada per realizzare computer quantistici scalabili.

Nello studio attuale, i ricercatori hanno costruito il primo Rydberg gate a qubit singolo, e si aspettano che sia possibile estendere la versione a singolo qubit a un Rydberg gate a due qubit, e per continuare ad aggiungere più qubit in futuro.

Per costruire la porta Rydberg a qubit singolo, i fisici necessari per dimostrare, per la prima volta, l'eccitazione coerente di Rydberg di uno ione. Questo è stato un processo in due fasi in cui hanno iniziato con uno ione di stronzio confinato in una trappola. Usando i laser, hanno eccitato lo ione da uno stato di qubit basso a un primo stato eccitato, e a sua volta ha eccitato questo stato a uno stato di Rydberg ad energia ancora più elevata. Gli stati di Rydberg sono considerati stati esotici della materia, poiché uno degli elettroni di valenza dello ione (più esterno) è eccitato a un orbitale ad alta energia e si trova così lontano dal nucleo da essere a malapena legato allo ione.

Il risultato chiave qui è che questo stato di Rydberg è stato raggiunto in modo coerente, che è necessario per la costruzione di porte Rydberg multiqubit. Combinando l'eccitazione coerente di Rydberg con metodi di manipolazione dei qubit, i ricercatori potrebbero quindi dimostrare il cancello Rydberg a qubit singolo.

"Questo lavoro mostra che gli ioni Rydberg possono essere controllati coerentemente, e molti dei fenomeni interessanti che vengono esplorati con atomi di Rydberg neutri possono essere esplorati anche in questo sistema, forse con ulteriori vantaggi dovuti all'eccezionale controllo che i ricercatori hanno sui sistemi di ioni intrappolati rispetto ai sistemi di atomi intrappolati, "Ha detto Higgins Phys.org .

Oltre ai potenziali vantaggi di scalabilità, I futuri computer quantistici a ioni Rydberg intrappolati potrebbero anche avere vantaggi come un buon controllo dei qubit e un funzionamento rapido del gate. I ricercatori hanno in programma di indagare ulteriormente su queste possibilità in futuro.

"Poi vogliamo misurare le forti interazioni tra due ioni Rydberg, e usalo per intrappolare gli ioni insieme, " Ha detto Higgins. "Gli ioni Rydberg intrappolati hanno il potenziale per essere utilizzati per generare stati entangled molto grandi".

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