Gevangen Rydberg-ionen kunnen de volgende stap zijn naar het opschalen van kwantumcomputers naar afmetingen waar ze praktisch bruikbaar kunnen zijn, een nieuwe studie in Natuur shows.

Verschillende fysieke systemen kunnen worden gebruikt om een ​​kwantumcomputer te maken. Gevangen ionen die een kristal vormen, leiden al jaren het onderzoeksveld, maar wanneer het systeem wordt opgeschaald naar grote ionenkristallen, wordt deze methode erg traag. Complexe rekenkundige bewerkingen kunnen niet snel genoeg worden uitgevoerd voordat de opgeslagen kwantuminformatie vervalt.

Een onderzoeksgroep van de Universiteit van Stockholm heeft dit probleem mogelijk opgelost door gigantische Rydberg-ionen te gebruiken, 100 miljoen keer groter dan normale atomen of ionen. Deze enorme ionen zijn zeer interactief en, daarom, kan kwantuminformatie in minder dan een microseconde uitwisselen.

"In zekere zin Rydberg-ionen vormen kleine antennes voor het uitwisselen van kwantuminformatie en maken het zo mogelijk om bijzonder snelle kwantumpoorten te realiseren, die de 'basisbouwstenen' zijn van een kwantumcomputer, " legt Markus Henrich uit, Afdeling Natuurkunde, Universiteit van Stockholm, en groepsleider van het team van de Universiteit van Stockholm. "De interactie tussen Rydberg-ionen is niet gebaseerd op kristaltrillingen, zoals met ionen gevangen in kristalvorm, maar op de uitwisseling van fotonen. De snelle interactie tussen de Rydberg-ionen kan worden gebruikt om kwantumverstrengeling te creëren."

"We hebben deze interactie gebruikt om een ​​kwantumcomputerbewerking (een verstrengelingspoort) uit te voeren die ongeveer 100 keer sneller is dan typisch is in systemen met ingesloten ionen, " legt Chi Zhang uit, onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde, Universiteit van Stockholm.

Theoretische berekeningen ter ondersteuning van het experiment zijn uitgevoerd door Igor Lesanovsky en Weibin Li aan de Universiteit van Nottingham, VK en Universiteit van Tübingen, Duitsland.

"Ons theoretisch werk bevestigde dat er inderdaad geen vertraging wordt verwacht zodra de ionkristallen groter worden, aandacht voor het vooruitzicht van een schaalbare kwantumcomputer, " zegt Igor Lesanovsky van de Universiteit van Tübingen.

Quantumcomputers worden beschouwd als een van de belangrijkste technologieën van de 21e eeuw. Terwijl conventionele computers werken volgens de wetten van de klassieke natuurkunde, kwantumcomputers werken volgens de regels van de kwantummechanica. Het vermogen van verstrengelde quanta om informatie uit te wisselen zonder vertraging maakt ze erg snel en krachtig. In de toekomst, kwantumcomputers kunnen overal worden gebruikt waar complexe berekeningen moeten worden opgelost, bijvoorbeeld bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen of bij kunstmatige intelligentie.