Британські вчені змогли перенести іони між чипами за рекордний час у 412,5 мікросекунди із імовірністю втрати іон по дорозі не більш як 7 × 10^−8. Перенесення іонів відбувалося за допомогою зміни напруги, яка подавалася на електроди між чипами, що утворювала потенціальну яму. Експеримент науковців допоможе у масштабуванні квантових процесорів на іонних кубітах. Його результати опубліковані в журналі Nature Communications.
Зображення плфтворми вчених з двома модулями для іонів. University of Sussex
Навіщо переносили іони?
Одним із варіантів реалізації кубітів для квантових платформ є використання іонів, що відрізняються великим часом життя. Втім, досі вдалося продемонструвати лише невеликі квантові процесори із близько десятка іонних кубітів. Масштабування таких систем зокрема упирається у те, що кількість іонів, які можна розмістити на одному модулі квантових обчислень, обмежена розміром використовуваного чипа, а щільність розміщених іонних кубітів ускладнює контроль над ними.
Тому деякі вчені звертаються до ідеї створення модульних архітектур, де процесор складатиметься з менших підпроцесорів з зарядовим зв'язком між собою (quantum charge-coupled device, QCCD). Таким чином можна змусити кубіти з одного модуля взаємодіяти з іншими з використанням мобільних іонів, і так масштабувати систему. Втім, за такого сценарію вчені мають враховувати швидкість транспорту частинок, а також можливий рівень помилок, який виникатиме під час операції. У своїй роботі британські фахівці знайшли спосіб швидко та майже без втрат обмінюватися іонами між чипами на QCCD-процесорі.
Що зробили вчені?
У своєму дослідженні науковці розмістили іони у пастки Пауля, що помістили на чип з двома модулями: Аліса та Боб. Аліса отримувала іони з пучка атомів ітербію-174 та мала передавати їх Бобу. Відстань, яку мали долати частинки складала 684 мікрометри. Обмін іонами між модулями відбувався за допомогою потенціальних ям шляхом зміни напруги, що подається на електроди біля міжмодульного проміжку Аліси та Боба.
Інтерейс модулів Аліси та Боба. M. Akhtar et al. / Nature Communications, 2023
Таким чином вченим вдалося добитися перенесення одного іона за рекордні 412,5 мікросекунд, що еквівалентно швидкості в 2 424 іони на секунду. При цьому імовірність втратити іон при транспортуванні склала 7 × 10^−8. Також вчені відзначили незначний вплив процесу транспортування на декогеренцію частинок.
Нещодавно ми розповідали, як фізики заплутали два іони на відстані 230 метрів один від одного.