Нейтральные атомы выступают в качестве кандидатов в гонке создания квантовых компьютеров, машины, которая будет использовать законы квантовой физики для решения определенных важных вычислительных задач гораздо быстрее, чем любой обычный компьютер.
За последние пять лет нейтральные атомы стали темными лошадками в гонке на создание квантового компьютера - машины, которая будет использовать законы квантовой физики для решения определенных важных вычислительных задач гораздо быстрее, чем любой обычный компьютер. В квантовом процессоре на основе нейтральных атомов атомы поддерживаются в сверхвысоком вакууме с помощью массивов тесно сфокусированных лазерных лучей, называемых оптическими щипцами. Ученые уже масштабировали массивы из более чем 100 щелочных атомов, каждый из которых имеет один валентный электрон, и выполнили квантовые алгоритмы, используя более малые массивы. Теперь они изучают новые возможности квантовой обработки информации и измерений в массивах атомов с двумя валентными электронами, включая щелочноземельные атомы во второй колонке периодической таблицы и некоторые другие с аналогичными свойствами, такие как иттербий.
Массивы щипцов из щелочноземельных атомов показали свою перспективность как в области квантовых вычислений, так и в области точного измерения времени - они могут кодировать новые виды кубитов с длительными временами когерентности и служить атомными часами самого высокого класса. В будущем они могут помочь исследователям внедрить протоколы для отказоустойчивой квантовой коррекции ошибок и использовать квантовую запутанность в большом масштабе для дальнейшего продвижения пределов производительности атомных часов.
В оптической ловушке для щипцев электрическое поле сфокусированного лазерного луча вызывает небольшую поляризацию атома, притягивая его к области максимальной интенсивности в центре ловушки. Затем исследователи могут перемещать атом по своему желанию или удерживать его на месте и обрабатывать другими лазерами или импульсами микроволн для возбуждения определенных атомных переходов. Для создания квантового процессора на основе нейтральных атомов исследователи генерируют массив оптических щипцев, разделяя падающий лазерный луч на множество лучей, которые фокусируются в стеклянной вакуумной камере с помощью мощного объектива микроскопа. Облака холодных атомов загружаются в массив щипцев, а затем перемешиваются для создания заполненного массива с одним атомом в каждом щипце. Оптические устройства за пределами вакуумной камеры позволяют исследователям контролировать точное положение каждого атома, быстро перестраивать массив и настраивать потенциал ловушки каждого щипца независимо.
