Forskare har upptäckt det mest exakta sättet att kontrollera enskilda joner med hjälp av holografisk optisk teknik.

Den nya tekniken använder den första kända holografiska optiska tekniska enheten för att styra instängda jonqubits. Denna teknik lovar att hjälpa till att skapa mer exakta kontroller av qubits som kommer att hjälpa utvecklingen av kvantindustrispecifik hårdvara för ytterligare nya kvantsimuleringsexperiment och potentiellt kvantfelkorrigeringsprocesser för instängda jonqubits.

"Vår algoritm beräknar hologramets profil och tar bort eventuella avvikelser från ljuset, vilket låter oss utveckla en mycket exakt teknik för att programmera joner, "säger huvudförfattaren Chung-You Shih, en doktorsexamen student vid University of Waterloos Institute for Quantum Computing (IQC).

Kazi Rajibul Islam, en fakultetsmedlem vid IQC och i fysik och astronomi vid Waterloo är den främsta utredaren av detta arbete. Hans team har fångat joner som används i kvantsimulering i laboratoriet för kvantinformation sedan 2019 men behövde ett exakt sätt att kontrollera dem.

En laser riktad mot en jon kan "prata" med den och ändra jontens kvanttillstånd, bilda byggstenarna för kvantinformationsbehandling. Dock, laserstrålar har avvikelser och snedvridningar som kan resultera i en rörig, bred fokuspunkt, vilket är ett problem eftersom avståndet mellan instängda joner är några mikrometer - mycket smalare än ett människohår.

Laserstrålprofilerna som teamet ville stimulera jonerna skulle behöva konstrueras exakt. För att uppnå detta tog de en laser, blåste ljuset upp till 1 cm brett och skickade det sedan via en digital mikromirror -enhet (DMD), som är programmerbar och fungerar som en filmprojektor. DMD-chipet har två miljoner mikronspeglar på sig som styrs individuellt med elektrisk spänning. Med hjälp av en algoritm som Shih utvecklat, DMD -chipet är programmerat att visa ett hologrammönster. Ljuset som produceras från DMD -hologrammet kan ha sin intensitet och fas exakt kontrollerad.

Vid testning, laget har kunnat manipulera varje jon med det holografiska ljuset. Tidigare forskning har kämpat med cross talk, vilket innebär att om en laser fokuserar på en jon, ljuset läcker på de omgivande jonerna. Med den här enheten, laget karakteriserar framgångsrikt avvikelserna med hjälp av en jon som en sensor. De kan sedan avbryta avvikelserna genom att justera hologrammet och få världens lägsta cross -talk.

"Det finns en utmaning att använda kommersiellt tillgänglig DMD -teknik, "Säger Shih." Dess styrenhet är gjord för projektorer och UV -litografi, inte kvantexperiment. Vårt nästa steg är att utveckla vår egen hårdvara för kvantberäkningsexperiment. "

Studien, Omprogrammerbar och högprecision holografisk optisk adressering av instängda joner för skalbar kvantkontroll, beskriver forskarnas arbete som publicerats i tidskriften npj Quantum Information .