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Mar 28, 2023

El dúo dinámico de Quantum Computing: Ion Trap se encuentra con Single

Por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología 10 de mayo de 2023 Los investigadores han

Por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología 10 de mayo de 2023

Los investigadores han desarrollado un dispositivo combinado de trampa de iones y detector de fotón único para mejorar los sistemas de computación cuántica. El nuevo dispositivo supera el problema de los requisitos competitivos entre la trampa de iones y el detector de fotones al incorporar una barrera de aluminio en la parte inferior del detector, lo que permite usar grandes voltajes sin interrumpir el rendimiento del detector. Esta innovación del NIST se ha publicado en Applied Physics Letters. Crédito: NIST

A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> sistemas de computación cuántica, superando los desafíos anteriores en el seguimiento de múltiples iones para aumentar la potencia de procesamiento. El dispositivo cuenta con una barrera de aluminio para equilibrar las necesidades tanto de la trampa de iones como del detector de fotones.

Estamos construyendo las herramientas para atrapar iones y verlos brillar (o no).

El dispositivo art-deco-esque que se muestra aquí es una trampa combinada para iones (átomos cargados) y un detector para fotones individuales (partículas de luz). Cuando mantienes un ion en su lugar y lo golpeas con un láser, dependiendo de su estado cuántico, el ion brillará y emitirá fotones... o no hará nada y permanecerá en la oscuridad.

Pero no vamos a pasar por este proceso para tener una probabilidad del 50/50 en un espectáculo de luces.

Las probabilidades de que los iones brillen o no brillen tienen un impacto significativo en el futuro de la informática. Las computadoras cuánticas pueden asignar valores a esos dos estados cuánticos, similares a los 0 y 1 en el sistema binario que usan nuestras computadoras clásicas para operar.

La mejor práctica hasta ahora ha sido utilizar una lente de microscopio grande hecha a la medida y un voluminoso detector de fotón único para identificar si un ion atrapado brilla o no. Eso es suficiente a pequeña escala, pero surgen problemas técnicos cuando un sistema de computación cuántica necesita realizar un seguimiento de muchos iones a la vez (para poder de procesamiento adicional). Los iones pueden estar fuera de la vista o la imagen puede distorsionarse.

Los investigadores del NIST no solo tienen una alternativa potencial, sino que la han hecho mucho más realista.

Nuestro detector combinado de trampa de iones/fotón único elimina la necesidad de equipos voluminosos y mantiene el potencial de una visión clara de todos los iones en el sistema.

Las iteraciones anteriores enfrentaron el desafío de personalidades en competencia. La trampa necesitaba grandes voltajes en sus electrodos para mantener los iones en su lugar, mientras que el detector era mucho más delicado y prefería un entorno sin grandes señales eléctricas.

Now, our team has crafted a version with an aluminum barrier around the bottom of the detector. The ion trap can use large voltages, and the detector can keep its peace. Get the specifics on this NIST innovation in the research paper, published in Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Letras de Física Aplicada.

Referencia: "Detectores de fotón único de nanocables superconductores integrados en trampas con tolerancia de rf mejorada para lectura de estado de qubit de iones atrapados" por Benedikt Hampel, Daniel H. Slichter, Dietrich Leibfried, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam y Varun B. Verma, 24 de abril de 2023, Letras de Física Aplicada. DOI: 10.1063/5.0145077