Физики впервые создали кубит из двух различных видов ионов

Ученым впервые удалось запутать между собой ионы различных изотопов кальция и ионы бериллия и магния, что открывает дорогу для создания сверхточных атомных часов и универсальных квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в Nature.

“Гибридные квантовые компьютеры будут пользоваться теми уникальными преимуществами, которыми сегодня обладают различные квантовые системы. К примеру, каждый тип иона обладает своим собственными свойствами – некоторые из них лучше годятся для хранения информации, а другие лучше подходят для передачи информации”, — заявил Тин Тан (Ting Tan) из Национального института стандартов и технологий США в Боулдере.

Тан и его коллеги создали первый прототип кубитов – элементарных ячеек памяти и вычислительных модулей квантового компьютера – на базе двух различных ионов, экспериментируя с особой лазерной системой управления спином заряженных частиц.
Как обнаружили ученые, данный лазер, вместе с набором микроволновых излучателей и магнитом, способен “спутывать” и управлять состоянием спинов не только у одинаковых ионов, но и ионов совершенно различных веществ, обладающих кардинально различным набором протонов и нейтронов.

Используя это устройство, ученые “запутали” ионы магния (12 протонов и 13 нейтронов) и ионы бериллия (4 протона и 5 нейтронов), превратив их в первый гибридный кубит и использовав его для осуществления всех существующих логических операций.

Работа этого кубита стала возможной благодаря тому, что физики из США научились “подгонять” друг к другу и стабилизировать фазы лазерных лучей, при помощи которого ученые считывали и записывали данные в каждый из ионов кубита.

Подобные кубиты, как объясняет Тан, выгодно отличаются от своих обычных аналогов тем, что каждый их элемент “настроен” на работу только с лазерными импульсами определенного цвета, что позволяет объединять большое количество кубитов и работать с каждым из ним, не нарушая состояние его “соседей”. Это позволит, как надеются авторы статьи, создать в ближайшем будущем сверхчувствительные атомные часы и универсальные квантовые компьютеры.
Так художник представил себе сверхстабильный кубит при комнатной температуре

Аналогичных результатов добились британские ученые, опубликовавшие статью в том же номере Nature. Они смогли “запутать” не ионы разных веществ, а ионы двух разных изотопов одного и того же вещества – кальций-40 и кальций-43. Первый из них лучше подходит на роль канала для и передачи квантовой информации, а второй – является основой для самых надежных ячеек квантовой памяти.

Попутно ученые проверили справедливость краеугольного камня квантовой механики, неравенств Белла, в очередной раз доказав нелокальный и мгновенный характер квантовых взаимодействий, а также продемонстрировали, что подобные лазерные системы способны добиваться 99% точности в управлении состоянием кубита, что необходимо для создания полноценных вычислительных устройств.