ทีมวิจัยสองทีมในสหรัฐฯ ได้พัฒนาตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมที่ใช้อะตอมอิตเทอร์เบียม (Yb) ที่เป็นกลางเป็นคิวบิต ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการใช้สปีชีส์อะตอมนี้เพื่อจุดประสงค์นี้ การดักจับอะตอม 100 Yb ในอาร์เรย์ขนาด 10 × 10 นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถดำเนินการเกทแบบสองควิบิตที่ยุ่งเหยิงกับพวกมันได้ ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมตามตัวเลือกของควิบิตนี้
โดยหลักการแล้ว
สามารถเป็นระบบควอนตัมใดๆ ก็ตามที่สามารถขนส่งข้อมูลผ่านที่เรียกว่า ซึ่งบรรจุ ในลักษณะเดียวกับ register แบบคลาสสิกที่บรรจุบิตในกลุ่ม 8, 16, 32 และ 64 อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้ทั้งหมด คิวบิตของอะตอมที่เป็นกลางมีพื้นฐานมาจากโลหะอัลคาไล เช่น รูบิเดียมหรือซีเซียม
เนื่องจากอะตอมกลุ่มนี้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเดี่ยวจึงสามารถควบคุมได้อย่างมากโดยใช้เทคนิคขั้นสูงที่เข้าใจกันดี เช่น การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์และการดักจับ ในการทดลองล่าสุด ทีมอิสระที่จากมหาวิทยาลัย ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ แทนที่จะใช้การหมุนของนิวเคลียร์ของไอโซโทป Yb หรือ Yb-171
เป็นทางเลือกของควิบิต โครงสร้างภายในที่สมบูรณ์ของโลหะ Yb ที่ “คล้ายดินอัลคาไล” มีความเป็นไปได้มากมายสำหรับการระบายความร้อนและการดักจับ ในขณะเดียวกันก็สร้างระบบ qubit ที่แข็งแกร่งต่อการรบกวนจากภายนอกได้ คิวบิตที่ใช้ Yb จะช่วยให้การทำงานของเกทมีประสิทธิภาพมากขึ้น
เพิ่มประสิทธิภาพของตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมการตั้งค่าอาร์เรย์แหนบออปติคัลหลักเกณฑ์ที่สำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความเที่ยงตรงสูงคือต้องมีการควบคุมมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในการตั้งค่าการลงทะเบียนควอนตัม ในเทคนิคที่ทีม JILA เรียกว่า “การโหลดแบบกำหนดระยะใกล้”
ก๊าซของอะตอมจะถูกทำให้เย็นลงก่อนและเตรียมในกับดักแมกนีโตออปติก จากนั้นก๊าซจะถูกบีบอัดเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของอะตอมก่อนที่อะตอมจะถูกโหลดเข้าไปในศักย์แสงที่เกิดจากอุปกรณ์อาร์เรย์ขนาด 10 × 10 ที่เรียกว่าแหนบออปติคัล ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าแหนบ 100 แห่ง
แต่ละแห่ง
มีอะตอมอย่างน้อยหนึ่งอะตอมอะตอมที่ติดอยู่จะถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็ก ซึ่งแบ่งพวกมันออกเป็นกลุ่มที่แยกจากกันซึ่งกำหนดโดยสถานะแม่เหล็กของพวกมัน สิ่งนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถใช้ลำแสงเลเซอร์เพิ่มเติมเพื่อ “กำจัด” อะตอมส่วนเกินออกจากตำแหน่งแหนบที่บรรทุกมากเกินไป
เพื่อแยกอะตอมเดี่ยวออกจากกันในแต่ละตำแหน่ง ลำดับนี้โหลดอะตอมเดียวในมากกว่า 90% ของอาร์เรย์ และจากข้อมูลของ Aruku Senoo นักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ทำงานเกี่ยวกับการทดลองของ JILA การรวมเข้ากับโปรโตคอลการจัดเรียงใหม่แบบปากคีบที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี
น่าจะทำให้สามารถปรับขนาดจำนวนคิวบิตได้ การดำเนินการเกตแบบควิบิตเดียวเมื่อพวกเขาเตรียมควิบิตในสถานะย่อยแม่เหล็ก -½ ของ Yb-171 สมาชิกของทั้งสองทีมสามารถสาธิตการทำงานแบบควิบิตเดียวได้ โดยเริ่มต้นคิวบิตไปที่สถานะ ½ ด้วยค่าความเที่ยงตรง (การวัดการควบคุมการดำเนินการ)
เนื่องจากลำดับนี้ใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานแม่เหล็กของระดับพลังงาน Yb ธอมป์สันจึงคิดว่าเวลาเชื่อมโยงกันสูงสุดของการดำเนินการ นั่นคือ อายุการใช้งาน qubit ที่ 3.7 วินาทีสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกโดยการทำให้สนามแม่เหล็กที่ใช้ในการติดตั้งมีเสถียรภาพ นอกจากนี้
กลไกการดักจับยังขึ้นอยู่กับสถานะโพลาไรเซชันของช่องแสง ดังนั้น การปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นอาจทำให้การดักจับมีประสิทธิภาพมากขึ้นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ทั้งสองทีมต้องเอาชนะคือการตัดสินสถานะสุดท้ายของคิวบิต วิธีทั่วไปในการทำเช่นนี้คือการถ่ายภาพด้วยแสงฟลูออเรสเซนซ์
โดยพื้นฐานแล้ว การฉายแสงบนอะตอมเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานของอะตอม จากนั้นวัดแสงที่เปล่งออกมาเพื่อตอบสนอง อย่างไรก็ตาม การเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมสำหรับลำแสงสร้างภาพนั้นค่อนข้างยุ่งยาก ในขณะที่ทีม JILA ใช้การเปลี่ยนแปลงในวงกว้างที่ 399 นาโนเมตร
ทีมงานตัดสินใจใช้ความยาวคลื่นที่เรียกว่า “มายากล” ซึ่งจะทำให้สถานะ qubit ไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการถ่ายภาพ และลดการสูญเสียของอะตอม แต่เนื่องจากระดับพลังงานของไอโซโทป Yb-171 ยังไม่ได้รับการแมปโดยละเอียด ทีมงานจึงต้องค้นหาความยาวคลื่นมหัศจรรย์นี้ก่อน
“สเปกโทรสโกปี
นั้นใช้เวลาหนึ่งหรือสองเดือนเพราะเรารวบรวมเลเซอร์แบบสุ่มที่มีพลังงานต่ำซึ่งบางครั้งสามารถสร้างแหนบได้เพียงหนึ่งหรือสองตัว แต่ก็จำเป็นเนื่องจากไม่มีการคาดการณ์ทางทฤษฎีที่แม่นยำ” ทอมป์สันกล่าว รัฐ สองควิบิตพัวพัน จากข้อมูลของทอมป์สัน การทดลองเหล่านี้เป็น
“เพียงจุดเริ่มต้นของการค้นหาสิ่งที่เราสามารถทำได้ด้วยคิวบิตใน Yb-171” ช่องทางหนึ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้โดยอาศัยสิ่งกีดขวางที่ไกล่เกลี่ยโดยรัฐ ที่ตื่นเต้นอย่างมาก ทีมพรินซ์ตันได้แสดงให้เห็นถึงสภาพที่ยุ่งเหยิงเช่นนี้เป็นครั้งแรก
แม้ว่าความเที่ยงตรงของเกทสองควิบิตที่แสดงอยู่ด้านล่างซึ่งแสดงให้เห็นโดยไอออนหรือแพลตฟอร์มควิบิตตัวนำยิ่งยวด Senoo กล่าวว่าระบบควิบิตที่ใช้ Yb มีเส้นทางที่มีแนวโน้มในการสร้างอาร์เรย์ขนาด 1,000 คิวบิต ในขณะที่เพิ่มจำนวนของไอออนที่ติดอยู่ หรือตัวนำยิ่งยวด
จากข้อมูลของทอมป์สัน อะตอมที่เป็นกลางกำลังมีช่วงเวลาหนึ่งอย่างแน่นอน ทั้งสองทีมกำลังทำงานเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเพื่อให้ได้ความเที่ยงตรงของเกทสองควิบิตที่ดีขึ้นโดยใช้ช่วงการเปลี่ยนภาพอื่นๆ แม้กระทั่งระดับ 100-qubit นั้นไม่ตรงไปตรงมามากนัก นอกจากนี้การใช้ลำดับของพัลส์แสง สถานะพัวพันที่สอดคล้องกัน หรือสถานะเบลล์ ถูกสร้างขึ้นด้วยความเที่ยงตรงประมาณ 85%
Credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
