Due team utilizzano atomi neutri per creare circuiti quantistici

Architettura dell'informazione quantistica resa possibile dal trasporto coerente di atomi neutri. a, Nel nostro approccio, i qubit vengono trasportati per eseguire porte di entanglement con qubit distanti, consentendo connettività programmabile e non locale. La spola dell'atomo viene eseguita utilizzando pinzette ottiche, con elevato parallelismo in due dimensioni e tra più zone che consentono manipolazioni selettive. Riquadro:i livelli atomici utilizzati. Gli stati dei qubit |0⟩, |1⟩ si riferiscono a m_F = 0 stati dell'orologio di ⁸⁷ Rb e |r⟩ è uno stato di Rydberg utilizzato per generare entanglement tra qubit (Dati estesi Fig. 1b). b, immagini Atom che illustrano il trasporto coerente di qubit aggrovigliati. Utilizzando una sequenza di porte a qubit singolo ea due qubit, le coppie di atomi vengono preparate ciascuna in |Φ⁺ ⟩ Stato della campana (Metodi) e vengono quindi separati di 110 μm su un intervallo di 300 μs. c, le oscillazioni di parità indicano che il movimento non influisce in modo osservabile sull'entanglement o sulla coerenza. Sia per le misurazioni in movimento che per quelle stazionarie, la coerenza dei qubit viene preservata utilizzando una sequenza di disaccoppiamento dinamico XY8 per 300 μs (Metodi). d, Fedeltà dello stato di Bell misurata in funzione della velocità di separazione su 110 μm, dimostrando che la fedeltà non è influenzata per una mossa più lenta di 200 μs (velocità di separazione media di 0,55 μm μs⁻¹ ). Riquadro:la normalizzazione per perdita di atomi durante lo spostamento si traduce in una fedeltà costante, indicando che la perdita di atomi è il meccanismo di errore dominante. Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04592-6

Due team di ricercatori che lavorano in modo indipendente hanno dimostrato la fattibilità dell'utilizzo di atomi neutri per creare circuiti quantistici:entrambi hanno pubblicato gli schemi del loro lavoro sulla rivista Nature . Uno dei gruppi, con membri dell'Università del Wisconsin, Madison, ColdQuanta e Riverlane, ha eseguito con successo per la prima volta un algoritmo su un computer quantistico ad atomi freddi. Il secondo gruppo, con membri di Harvard, MIT, QuEra Computing Inc., dell'Università di Innsbruck e dell'Accademia austriaca delle scienze, ha dimostrato che era possibile costruire un processore quantistico basato sul trasporto coerente di array di atomi entangled. Hannah Williams, con la Durham University, ha pubblicato un articolo su News &Views nello stesso numero di giornale che delinea le recenti ricerche sull'uso di atomi neutri per creare circuiti quantistici e il lavoro svolto dai due team in questi recenti sforzi.

Con il progredire della ricerca sulla costruzione di un computer quantistico vero e utilizzabile, si sono evoluti più progetti:i due principali contendenti prevedono l'uso di qubit basati su ioni intrappolati o campi elettrostatici. Ma entrambi gli approcci si sono rivelati difficili da scalare fino a sistemi di grandi dimensioni. Per questo motivo, alcuni ricercatori si sono rivolti allo studio della possibilità di utilizzare atomi neutri in un computer del genere. The advantage of such an approach, as Williams notes, is that it would be much easier to scale to much larger systems—arrays of hundreds of neutral atoms have already been used to create logic gates. In the two new efforts, both research teams have shown that it is possible to use such an approach to create multi-qubit circuits; they just went about it in different ways.

Both teams encoded the qubits in their machines in a low energy state but differed in how they handled them. One team entangled atoms that were not adjacent to one another using optical tweezers to move them around and then used them to demonstrate that the approach could be used to realize a well-established quantum information state. The other team entangled qubit pairs using laser beams to create a complex of six qubits in a Greenberger–Horne–Zeilinger state. They then used their system to run two quantum algorithms—one that measured the molecular energy of a given atom, the other to work on the MaxCut problem.

The work by both teams suggests that using neutral atoms to create quantum circuits is a viable option for further research focused on creating a working quantum computer. + Esplora ulteriormente