Controllo dei qubit di bario con luce laser: un passo avanti per il calcolo quantistico
Un nuovo sistema ottico per il controllo degli atomi
Un metodo rivoluzionario per il controllo dei qubit
Ricercatori dell’Istituto per il Calcolo Quantistico (IQC) dell’Università di Waterloo hanno sviluppato una tecnica innovativa che utilizza la luce laser per controllare in modo più robusto i qubit individuali di bario rispetto a qualsiasi altro metodo attualmente conosciuto. Il controllo affidabile dei qubit è un passo fondamentale verso la realizzazione di computer quantistici funzionali del futuro.
Il nuovo metodo utilizza un piccolo waveguide di vetro per separare i fasci laser e concentrarli a una distanza di quattro micron l’uno dall’altro, circa quattro centesimi della larghezza di un singolo capello umano. La precisione e l’ampiezza con cui ogni fascio laser focalizzato sul suo qubit target può essere controllato in parallelo non ha eguali nelle ricerche precedenti.
Precisione e prevenzione del crosstalk
“Il nostro design limita la quantità di crosstalk – la quantità di luce che cade sugli ioni vicini – all’intensità relativa molto piccola dello 0,01 percento, che è tra le migliori nella comunità quantistica”, ha dichiarato il Dr. K. Rajibul Islam, professore all’IQC e al Dipartimento di Fisica e Astronomia di Waterloo. “A differenza dei metodi precedenti per creare controlli agili su ioni individuali, i modulatori basati su fibre non si influenzano a vicenda.
Questo significa che possiamo “parlare” a qualsiasi ione senza influenzare i suoi vicini, mantenendo al contempo la capacità di controllare ogni ione individuale nella massima misura possibile. Questo è il sistema di controllo di qubit ionico più flessibile con questa alta precisione che conosciamo ovunque, sia nell’accademia che nell’industria.”
Ioni di bario: i nuovi preferiti del calcolo quantistico
Perché gli ioni di bario?
Gli scienziati hanno preso di mira gli ioni di bario, poiché stanno diventando sempre più popolari nel campo del calcolo quantistico con ioni intrappolati. Gli ioni di bario hanno stati energetici convenienti che possono essere utilizzati come i livelli zero e uno di un qubit e possono essere manipolati con luce verde visibile, a differenza della luce ultravioletta ad alta energia necessaria per altri tipi di atomi per la stessa manipolazione. Questo permette ai ricercatori di utilizzare tecnologie ottiche commercialmente disponibili che non sono disponibili per le lunghezze d’onda ultraviolette.
Il chip waveguide e il suo potenziale
I ricercatori hanno creato un chip waveguide che divide un singolo fascio laser in 16 diversi canali di luce. Ogni canale viene poi indirizzato in modulatori ottici basati su fibre individuali che forniscono un controllo agile indipendente sull’intensità, la frequenza e la fase di ogni fascio laser. I fasci laser vengono poi focalizzati al loro piccolo spazio utilizzando una serie di lenti ottiche simili a un telescopio. I ricercatori hanno confermato la messa a fuoco e il controllo di ogni fascio laser misurandoli con sensori di telecamera precisi.
“Questo lavoro fa parte del nostro sforzo all’Università di Waterloo per costruire processori quantistici di ioni di bario utilizzando sistemi atomici”, ha detto la Dr.ssa Crystal Senko, co-investigatrice principale di Islam e membro della facoltà all’IQC e al Dipartimento di Fisica e Astronomia di Waterloo. “Usiamo ioni perché sono qubit identici, fatti dalla natura, quindi non abbiamo bisogno di fabbricarli. Il nostro compito è trovare modi per controllarli.”
Il metodo innovativo del waveguide dimostra un metodo di controllo semplice e preciso, mostrando promesse per la manipolazione degli ioni per codificare e processare dati quantistici e per l’implementazione nella simulazione e nel calcolo quantistico.