(Phys.org) — Natuurkundigen hebben een van de eerste basiselementen van een ingesloten Rydberg-ionenkwantumcomputer gebouwd:een Rydberg-poort met één qubit. De prestatie illustreert de haalbaarheid van het bouwen van dit nieuwe type kwantumcomputer, die het potentieel heeft om de schaalbaarheidsproblemen waarmee de huidige benaderingen van kwantumcomputing worden geconfronteerd, te overwinnen.

de fysici, Gerard Higgins, Markus Hendrik, en hun coauteurs aan de Universiteit van Stockholm en de Universiteit van Innsbruck, hebben een paper gepubliceerd over hun resultaten met enkele opgesloten Rydberg-ionen in een recent nummer van: Fysieke beoordelingsbrieven .

Momenteel, een van de grootste uitdagingen voor kwantumcomputers is het opschalen van het aantal verstrengelde qubits dat in elke logische poort wordt gebruikt, wat essentieel is voor praktische kwantumcomputers. Schalen is zo moeilijk gedeeltelijk omdat de multiqubit-poorten die gewoonlijk worden gebruikt in opgesloten ionensystemen, lijden aan het probleem van "spectral crowding" naarmate het aantal qubits toeneemt. Echter, opgesloten Rydberg-ionensystemen zijn immuun voor spectrale verdringing, wat de mogelijkheid verhoogt dat kwantumcomputers gemaakt van ingesloten Rydberg-ionenqubits een nieuwe route kunnen bieden voor het realiseren van schaalbare kwantumcomputers.

In de huidige studie, de onderzoekers bouwden de eerste Rydberg-poort met één qubit, en ze verwachten dat het mogelijk moet zijn om de single-qubit-versie uit te breiden naar een Rydberg-poort met twee qubits, en om in de toekomst meer qubits toe te voegen.

Om de Rydberg-poort met één qubit te bouwen, de fysici moesten aantonen, Voor de eerste keer, de coherente Rydberg-excitatie van een ion. Dit was een proces in twee stappen waarin ze begonnen met een strontiumion opgesloten in een val. Met behulp van lasers, ze prikkelden het ion van een laaggelegen qubit-toestand naar een eerste aangeslagen toestand, en op zijn beurt opgewonden deze toestand tot een nog hogere energie Rydberg staat. Rydberg-staten worden beschouwd als exotische toestanden van materie, als een van de valentie (buitenste) elektronen van het ion wordt geëxciteerd naar zo'n hoogenergetische orbitaal en bevindt zich zo ver van de kern dat het nauwelijks aan het ion is gebonden.

De belangrijkste prestatie hier is dat deze Rydberg-staat op een coherente manier werd bereikt, die nodig is voor het bouwen van Rydberg-poorten met meerdere qubits. Door de coherente Rydberg-excitatie te combineren met methoden voor qubit-manipulatie, de onderzoekers konden vervolgens de Rydberg-poort met één qubit demonstreren.

"Dit werk laat zien dat Rydberg-ionen coherent kunnen worden gecontroleerd, en zoveel van de interessante fenomenen die worden onderzocht met neutrale Rydberg-atomen kunnen ook in dit systeem worden onderzocht, misschien met extra voordelen vanwege de uitzonderlijke controle die onderzoekers hebben over het vangen van ionensystemen in vergelijking met ingesloten atoomsystemen, Higgins vertelde Phys.org .

Naast hun potentiële schaalbaarheidsvoordelen, toekomstige opgesloten Rydberg-ion-quantumcomputers kunnen ook voordelen hebben, zoals goede qubit-controle en snelle poortwerking. De onderzoekers zijn van plan om deze mogelijkheden in de toekomst verder te onderzoeken.

"Vervolgens willen we sterke interacties tussen twee Rydberg-ionen meten, en gebruik dit om ionen met elkaar te verstrengelen, "Zei Higgins. "Gevangen Rydberg-ionen hebben het potentieel om te worden gebruikt om zeer grote verstrengelde toestanden te genereren."

© 2017 Fys.org