Stora kvantdatorer, som är en aktiv strävan efter många universitetslaboratorier och teknikjättar, förbli år borta. Men det har inte hindrat vissa forskare från att tänka framåt, till en tid då kvantdatorer kan vara sammanlänkade i ett nätverk eller en enda kvantdator kan delas upp i många sammankopplade noder.

En grupp fysiker vid University of Maryland, arbetar med JQI -stipendiat Christopher Monroe, strävar efter det andra målet, försöker koppla ihop isolerade moduler av fångade atomjoner med ljus. De föreställer sig många moduler, var och en med hundra eller så joner, sammanlänkade för att bilda en kvantdator som i sig är skalbar:Om du vill ha en större dator, helt enkelt lägga till fler moduler till mixen.

I ett papper publicerat nyligen i Fysiska granskningsbrev , Monroe och hans medarbetare rapporterade om att sätta ihop många av bitarna som behövs för att skapa en sådan modul. Den innehåller två olika joner:en ytterbiumjon för lagring av information och en bariumjon för att generera ljuset som kommunicerar med andra noder.

Denna metod med två arter isolerar lagrings- och kommunikationsuppgifterna för en nätverksnod. Med en enda art, manipulering av kommunikationsjonen med en laser kan lätt skada lagringsjonen. I flera experiment, forskarna visade att de framgångsrikt kunde isolera de två jonerna från varandra, överföra information mellan dem och fånga ljus som genereras av båda jonerna.

Ljuset från bariumkommunikationsjonen kan så småningom ledas genom fiberoptiska kablar till en omkonfigurerbar sensor, där det skulle möta ljus från andra noder. För att visa att modulen kan producera detta kommunikationsljus, laget exciterade noggrant bariumjonen med en laser - lämnade ytterbiumjonen orörd - och fångade ljuset som släpptes ut när det förföll. Genom att observera både detta utsända ljus och jonen, laget bestämde att de två var intrasslade, ett krav om ljuset ska överföra meddelanden i ett kvantnätverk.

Teamet överförde också information mellan de två jonerna, med hjälp av deras ömsesidiga elektriska tryck och den resulterande rörelsen för att blanda jonernas inre kvantegenskaper. Använda lasrar för att väcka specifik rörelse, laget visade hur man byter information från en jon till den andra och till och med trasslar ihop de två jonerna. Att trassla ihop lagringsjonen med kommunikationsjonen och kommunikationsjonen med utgående ljus är huvudingredienserna som behövs för en nod i ett kvantnätverk.

Att använda två olika arter medför vissa utmaningar, fastän. Ett problem att övervinna var en felaktig storlek. Eftersom joner ger varandra ett elektriskt tryck, de vinglar på ett samordnat sätt när de är instängda bredvid varandra. Men ytterbium är tyngre än barium, att skapa en felanpassning i denna rörelse som saktar ner hastigheten för att information kan överföras från ytterbiumminnet till bariumgränssnittet.

Genom att analysera denna kopplade rörelse, laget insåg att användning av rörelse längs linjen som förbinder de två jonerna - något som vanligtvis är långsammare eftersom joner inte är så tätt begränsade i denna riktning - skulle påskynda informationsöverföringen.

Teamet har lagt till minnesjoner till sin modul sedan experimenten de rapporterar i detta arbete. Men deras huvudsakliga fokus framöver blir att koppla ihop fler moduler, med det slutliga målet att vara i stor skala, modulär kvantdator.