(Phys.org)—Fysiker har byggt ett av de första grundelementen i en instängd Rydberg-jonkvantdator:en Rydberg-port med en qubit. Prestationen illustrerar genomförbarheten av att bygga denna nya typ av kvantdator, som har potentialen att övervinna de skalbarhetsproblem som dagens metoder för kvantberäkning står inför.

fysikerna, Gerard Higgins, Markus Henrich, och deras medförfattare vid Stockholms universitet och universitetet i Innsbruck, har publicerat en artikel om sina resultat med enstaka fångade Rydberg-joner i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev .

För närvarande, en av de största utmaningarna som kvantdatorer står inför är att skala upp antalet intrasslade qubits som används i varje logisk grind, vilket är viktigt för praktisk kvantberäkning. Skalning är så svårt delvis eftersom multiqubit-grindarna som vanligtvis används i fångade jonsystem lider av problemet med "spektral trängsel" när antalet qubits ökar. Dock, fångade Rydberg-jonsystem är immuna mot spektral trängsel, vilket höjer möjligheten att kvantdatorer gjorda av fångade Rydberg-jon-qubits kan erbjuda en ny väg för att realisera skalbara kvantdatorer.

I den aktuella studien, forskarna byggde den första en-qubit Rydberg-porten, och de förväntar sig att det ska vara möjligt att utöka versionen med en qubit till en Rydberg-gate med två qubit, och att fortsätta lägga till fler qubits i framtiden.

För att bygga en qubit Rydberg-porten, fysikerna som behövdes för att demonstrera, för första gången, den koherenta Rydberg-excitationen av en jon. Detta var en tvåstegsprocess där de började med en strontiumjon innesluten i en fälla. Med hjälp av laser, de exciterade jonen från ett lågt liggande qubit-tillstånd till ett första exciterat tillstånd, och i sin tur upphetsade detta tillstånd till ett Rydberg-tillstånd med ännu högre energi. Rydberg-tillstånd anses vara exotiska tillstånd av materia, som en av jonens valens (yttersta) elektroner exciteras till en sådan högenergiomloppsbana och ligger så långt från kärnan att den knappt är bunden till jonen.

Den viktigaste prestationen här är att denna Rydberg-stat uppnåddes på ett sammanhängande sätt, som är nödvändigt för att bygga multiqubit Rydberg-portar. Genom att kombinera den koherenta Rydberg-excitationen med metoder för qubit-manipulation, forskarna kunde sedan demonstrera en-qubit Rydberg-porten.

"Detta arbete visar att Rydberg-joner kan kontrolleras konsekvent, och så många av de intressanta fenomen som utforskas med neutrala Rydberg-atomer kan också utforskas i detta system, kanske med ytterligare fördelar på grund av den exceptionella kontroll som forskare har över fångstjonsystem jämfört med fångade atomsystem, " berättade Higgins Phys.org .

Förutom deras potentiella skalbarhetsfördelar, framtida fångade Rydberg-jonkvantdatorer kan också ha fördelar som bra qubit-kontroll och snabb grinddrift. Forskarna planerar att ytterligare undersöka dessa möjligheter i framtiden.

"Närnäst vill vi mäta starka interaktioner mellan två Rydberg-joner, och använd detta för att trassla ihop joner, " Sa Higgins. "Fångade Rydberg-joner har potential att användas för att generera mycket stora intrasslade tillstånd."

© 2017 Phys.org