作者:苏黎世联邦理工学院奥利弗·莫什 集成波导离子阱芯片
激光通过右边的光纤进入芯片
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meta/苏黎世联邦理工学院 联邦理工学院的研究人员展示了一种对原子进行敏感量子操作的新技术
在这种技术中，控制激光直接传送到芯片内部
这应该使得基于被俘获的原子建造大规模量子计算机成为可能
在演示过程中，用激光笔点击屏幕上的某个特定点并不容易——即使是最轻微的紧张的手抖也会变成远处的一个大涂鸦
现在想象一下必须同时用几个激光指示器来完成
这正是物理学家面临的问题，他们试图利用单个俘获原子来制造量子计算机
它们也需要将数百甚至数千束激光束在同一台仪器上精确地瞄准几米远，以便击中只有几微米大小的含有原子的区域
任何不想要的振动都会严重干扰量子计算机的运行
在苏黎世联邦理工学院，乔纳森·霍姆和他在量子电子研究所的同事们现在展示了一种新方法，这种方法允许他们以一种稳定的方式将多束激光束精确地传输到芯片内的正确位置，甚至可以对原子进行最精细的量子操作
瞄准量子计算机 三十多年来，制造量子计算机一直是物理学家们雄心勃勃的目标
被捕获在电场中的带电原子——离子——被证明是量子计算机用于计算的量子比特或量子比特的理想候选
到目前为止，包含大约12个量子位的微型计算机可以通过这种方式实现
“然而，如果你想建造拥有几千个量子比特的量子计算机，这可能是实际相关应用所必需的，那么目前的实现存在一些主要障碍，”家实验室的博士后卡兰·梅塔说，他是最近发表在科学杂志《自然》上的这项研究的第一作者
本质上，问题是如何将距离激光器几米远的激光束送入真空装置，并最终击中低温恒温器内的靶心，在低温恒温器中，离子阱被冷却到绝对零度以上几度，以最小化热干扰
具有集成波导的离子阱
用于控制两个俘获离子(蓝色)的激光(红色)被传送到芯片内的离子阱
信用:苏黎世联邦理工学院 作为障碍的光学设置 梅塔解释说:“在目前的小规模系统中，传统光学器件已经成为噪声和误差的重要来源——而当试图扩大规模时，这就变得更加难以管理。”
增加的量子位越多，控制量子位所需的激光束光学系统就越复杂
“这就是我们的方法”，博士张驰补充道
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霍姆小组的一名学生说:“通过将微型波导集成到包含捕获离子的电极的芯片中，我们可以将光直接发送给这些离子
这样，低温恒温器或设备其他部分的振动产生的干扰就小得多
" 研究人员委托一家商业铸造厂生产芯片，其中既包含离子阱的金电极，又包含更深层的激光波导
在芯片的一端，光纤将光送入只有100纳米厚的波导，有效地在芯片内形成光学线路
这些波导中的每一个都通向芯片上的特定点，在那里光最终被偏转到表面上捕获的离子
几年前的工作(本研究的一些作者，以及麻省理工学院和麻省理工学院林肯实验室的研究人员)证明了这种方法在原则上是有效的
现在，ETH集团已经开发并完善了这项技术，使之有可能用于实现不同原子之间的低误差量子逻辑，这是构建量子计算机的重要前提
联邦理工学院研究人员新芯片的横截面
金电极用于捕获离子，而激光被直接引导到光学层中的离子
信用:苏黎世联邦理工学院 高保真逻辑门 在传统的计算机芯片中，逻辑门用于执行逻辑操作，如与或或非
要建造一台量子计算机，必须确保它能够在量子位上执行这样的逻辑运算
问题在于，作用于两个或更多量子位的逻辑门对干扰特别敏感
这是因为它们创造了脆弱的量子力学状态，其中两个离子同时处于叠加态，也称为纠缠态
在这种叠加中，一个离子的测量会影响另一个离子的测量结果，而两个离子不会直接接触
这些叠加态的产生有多好，逻辑门有多好，用所谓的保真度来表示
“有了新的芯片，我们能够实现两个量子位的逻辑门，并使用它们来产生纠缠态，其保真度到目前为止只有在最好的传统实验中才能达到，”马奇·马林诺夫斯基说，他也作为博士参与了实验
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学生
研究人员因此表明，他们的方法对未来的离子阱量子计算机很有意思，因为它不仅非常稳定，而且可扩展
他们目前正在使用不同的芯片，旨在一次控制多达10个量子位
此外，他们正在追求新的设计，以实现快速和精确的量子操作，这是通过光线路实现的
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