Рекорд: 200 ионов в ловушке для суперскоростного квантового компьютера
Квантовая запутанность — это квантовомеханический феномен, при котором квантовые состояния частиц оказываются взаимосвязаны, даже если частицы находятся на расстоянии, которое исключает возможность существования между ними известных взаимодействий. Для того, чтобы построить квантовый компьютер и производить на нем вычисления, нужно «запутать» много атомов или ионов — больше, чем удавалось ранее. Цифра 200, достигнутая профессором Джастином Бонетом и его командой, — огромный шаг вперед.
Вместо того, чтобы собирать ионы по одному, группа физиков под руководством профессора Бонета использовала так называемую kdeire Пеннинга: в ней ионы удерживаются однородным магнитным и неоднородным электрическим полями. Когда атомы попадают в ловушку, их охлаждают лазерами до температуры, близкой к абсолютному нолю. Другие лазеры сообщают электронам ионов бериллия одинаковый спин. Когда у всех нужных электронов оказывается нужный спин, возникает запутанность.
Каждый запутанный ион может выступать в роли кубита — логического элемента квантового компьютера. 200-кубитный процессор позволит производить вычисления на много порядков быстрее, чем обычные компьютеры. Квантовый компьютер Google D-Wave оперирует 1000 кубитов, но они разделены на кластеры, в которых 8 кубитов действительно запутаны между собой, а взаимодействие между кластерами намного слабее. Тем не менее, D-Wave производит вычисления в миллионы раз быстрее процессоров Intel. Получение системы из 200 кубитов открывает фантастические перспективы ускорения вычислений.
Ловушка Пеннинга в версии NIST может считывать квантовое состояние каждого иона и контролировать поведение всего двухмерного кристалла. Имея в распоряжении такую «коллекцию» ионов металла, можно исследовать квантовые свойства металлов. Возможно, дальнейшее исследование также позволит создать суперпроводники, стабильные при комнатной температуре.