Направляя лазерный луч на ион, ученые могут устанавливать с ним «связь» — лазер позволяет изменять квантовое состояние иона и использовать его для обработки квантовой информации. Однако лазерные лучи способны создавать аберрации и искажения, которые могут привести к увеличению ширины пучка в фокусе. Но расстояние между захваченными ионами составляет несколько микрометров, поэтому расширение пучка приводит к возникновению большого количества ошибок в работе квантовых вычислительных устройств на захваченных ионах.
Захваченными ионами научились управлять при помощи голограммы
Исследователи предложили очень точный способ управления отдельными ионами. В его основе лежит технология голографической оптической инженерии.
Pixabay
До сих пор лазерные лучи в квантовых устройствах не позволяли точно управлять состоянием кубитов. Новая технология, в основе которой лежат принципы оптической голографии, позволила избежать ошибок при активации захваченных ионов
Авторы нового исследования предложили свой способ решения этой проблемы. Они создали алгоритм, основанный на технике оптической голографии, который позволяет избежать аберраций и искажений, и увеличивает точность управления захваченными ионами. Чтобы добиться этого, физики взяли лазер, увеличили ширину его пучка до 1 сантиметра, а затем пропустили его через цифровое микрозеркальное устройство (ЦМУ), которое программируется и функционирует как кинопроектор.
Микросхема ЦМУ содержит два миллиона зеркал размером в несколько микрон, которые управляются контроллером, регулирующим электрическое напряжение, подаваемое на них. Используя свой новый алгоритм, ученые смогли запрограммировать микросхему с цифровым микрозеркальным устройством на отображение рисунка голограммы. Таким образом исследователи смогли точно контролировать интенсивность и фазу света, попадающего на захваченный в ловушку ион.
В ходе тестирования исследователи смогли манипулировать каждым ионом при помощи голографического света. Также физики смогли побороть перекрестную активацию — явление, когда лазерный луч помимо целевого иона активирует и соседнюю частицу. Новое устройство успешно устраняет аберрации, используя ион в качестве датчика. Таким образом новая технология позволяет получить самую высокую точность управления квантовыми устройствами в мире.
Статья опубликована в журнале npj Quantum Information.