Блог

Mar 28, 2023

Динамический дуэт квантовых вычислений: ионная ловушка встречается с одной

Национальный институт стандартов и технологий, 10 мая 2023 г. Исследователи

Национальный институт стандартов и технологий, 10 мая 2023 г.

Исследователи разработали комбинированное устройство ионной ловушки и детектора одиночных фотонов для улучшения систем квантовых вычислений. Новое устройство решает проблему конкуренции между ионной ловушкой и детектором фотонов за счет включения алюминиевого барьера в нижней части детектора, что позволяет использовать большие напряжения без нарушения работы детектора. Это нововведение NIST было опубликовано в журнале Applied Physics Letters. Кредит: НИСТ

A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> квантовые вычислительные системы, преодолевающие предыдущие проблемы в отслеживании нескольких ионов для увеличения вычислительной мощности. Устройство оснащено алюминиевым барьером, позволяющим сбалансировать потребности как ионной ловушки, так и детектора фотонов.

Мы создаем инструменты для улавливания ионов и наблюдения за их свечением (или нет).

Показанное здесь устройство в стиле ар-деко представляет собой комбинированную ловушку ионов (заряженных атомов) и детектор отдельных фотонов (частиц света). Когда вы удерживаете ион на месте и поражаете его лазером, в зависимости от его квантового состояния ион либо будет светиться и испускать фотоны… либо ничего не делать и оставаться в темноте.

Но мы проходим этот процесс не ради шанса 50/50 на световое шоу.

Вероятность свечения или отсутствия свечения ионов оказывает существенное влияние на будущее вычислений. Квантовые компьютеры могут присваивать значения этим двум квантовым состояниям, подобно 0 и 1 в двоичной системе, которую используют для работы наши классические компьютеры.

Наилучшая практика до сих пор заключалась в использовании большой, изготовленной по индивидуальному заказу линзы микроскопа и громоздкого детектора одиночных фотонов, чтобы определить, светится ли захваченный ион или нет. В небольших масштабах этого достаточно, но технические проблемы возникают, когда квантовой вычислительной системе необходимо отслеживать множество ионов одновременно (для дополнительной вычислительной мощности). Ионы могут оказаться вне поля зрения, или изображение может исказиться.

У исследователей NIST не только есть потенциальная альтернатива, но они только что сделали ее гораздо более реалистичной.

Наша комбинированная ионная ловушка/детектор одиночных фотонов устраняет необходимость в громоздком оборудовании и сохраняет возможность четкого наблюдения за всеми ионами в системе.

Предыдущие итерации сталкивались с проблемой конкурирующих личностей. Ловушке требовалось высокое напряжение на электродах, чтобы удерживать ионы на месте, в то время как детектор был гораздо более чувствительным и предпочитал среду без сильных электрических сигналов.

Now, our team has crafted a version with an aluminum barrier around the bottom of the detector. The ion trap can use large voltages, and the detector can keep its peace. Get the specifics on this NIST innovation in the research paper, published in Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Applied Physics Letters./p>A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"quantum computing systems, overcoming previous challenges in tracking multiple ions for increased processing power. The device features an aluminum barrier to balance the needs of both the ion trap and photon detector./strong>