Используя ионные ловушки, исследователи из США и Великобритании разработали способ управления кубитами, который не требует лазерного излучения. При этом достигнута точность, сопоставимая с традиционными лазерными технологиями, а скорость обработки информации увеличена приблизительно в четыре раза.
При проведении исследования ученые применили архитектуру квантового компьютера, в которой в качестве основы выступают заряженные частицы — ионы, фиксируемые электромагнитными полями. В этой системе кубиты, представляющие собой квантовые биты информации, формируются стабильными электронными состояниями каждого иона. Для обеспечения практической значимости квантового компьютера необходимо обеспечить возможность квантовой запутанности, то есть объединения нескольких кубитов в единую систему. Обычно для этого используют лазерные лучи.
Новое исследование продемонстрировало, что использование сложного и дорогостоящего оборудования может быть исключено. Управление квантовыми состояниями кубитов возможно с помощью магнитных полей, обладающих определенной структурой. Разработанный авторами метод предполагает применение осциллирующего градиента радиочастотного магнитного поля в сочетании с микроволновыми магнитными полями, что фактически является суммой полей, различающихся по частоте.
Использование магнитных полей для управления кубитами представляется более экономичным и удобным решением по сравнению с лазерными технологиями, однако ранее этот подход был менее надежен. В новой работе авторы продемонстрировали, что их метод позволяет достичь уровня достоверности не менее 68% при создании квантовой запутанности двух кубитов, что сопоставимо с результатами, полученными с помощью лазерных методов.
Микроволновые технологии, используемые для управления лазерами, открывают возможности для создания более масштабируемых ионных квантовых компьютеров. Это стало возможным благодаря новой методике, позволяющей одновременно квантово запутывать различные пары ионов, не увеличивая при этом сложность системы, что перспективно для разработки крупномасштабных квантовых процессоров такого типа. Кроме того, ученые продемонстрировали устойчивость данного метода к декогеренции – явлению потери информации.
По мнению авторов работы, их технология, использующая слабое освещение, подаваемое через фотонику, интегрированную в ионную ловушку, и встроенные детекторы для считывания кубитов, позволит создавать высокоточные квантовые компьютеры, полностью интегрированные в чип.
В статье содержится более детальное описание нового подхода, опубликованной в журнале Nature.