محققان موفق به تغيير كيوبيت‌هاي اتمي در يك شبكه اپتيكي سه بعدي شدند

از موانع پيش رو در محاسبه كوانتومي، تغيير بيت‌هاي اطلاعاتي كوانتومي بدون خراب كردن كيوبيت‌هاي مجاور است. يك آزمايش جديد چنين نوعي از «قابليت دسترسي» كيوبيت‌هاي اتمي در شبكه‌اي سه بعدي به وسيله‌ي پرتوهاي ليزر را نشان مي‌دهد. پژوهشگران با استفاده از تركيبي از ليزر و پالس‌هاي ميكروويو عمليات دلخواهي را روي اتم‌هاي جداگانه در يك شبكه انجام دادند در حالي كه كمترين اثر را بر روي اتم‌هاي غير هدف داشت.

در مقايسه با ساير كيوبيت‌هاي كانديد، اتم‌هاي خنثي اين مزيت را دارند كه مي‌توان آن‌ها را به طور طبيعي در آرايه‌هاي بسيار بزرگ دو يا سه بعدي قرار داد. تحقيقات قبلي دسترسي به تك كيوبيت‌ها در يك سيستم اتمي را نشان داده بود اما اطلاعات كوانتومي مجاوري وجود نداشت كه در خطر تخريب باشد.

ديويد ويس David Weiss و همكارانش در دانشگاه ايالت پنسيلوانيا در شبكه‌اي سه بعدي و فشرده و تك كيوبيت‌ها دسترسي پيدا كرده‌اند. آن‌ها شبكه‌ي اپتيكي خود را با عبور سه جفت پرتوي ليزر ايجاد كردند. تداخل بين اين پرتو‌ها آرايه‌اي 5×5×5 از اتم‌هاي گير افتاده به فاصله‌ي 5كيلومتر درست كرد. محققان شبكه را با اتم‌هاي سزيم پر كردند و سپس يكي از اتم‌ها را با جفت ليزر ديگري كه در محل انتخابي آن‌ها با هم برخورد داشتند هدف گرفتند. اين پرتو ليزرهاي «نشان كننده»، باعث جابجايي در ترازهاي الكترونيكي اتم هدف مي‌شدند. آنگاه گروه، پالس‌هاي ميكروويو را با فركانس‌هاي خاصي كه گذارهايي را فقط در اتم‌ (جابجا‌شده‌ي) هدف ايجاد مي‌كرد، به سمت آن فرستاد. اين پالس‌ها نقش يك درگاه منطقي را دارند و حالت كيوبيت را بسته به عمليات مورد نظر تغيير مي‌دهند. مولفين اثبات كرده‌اند كه حالت كيوبيت‌هاي غير هدف در طي اين عمليات تغيير نمي‌كند. ساختار سه بعدي آزمايش حاكي از آن است كه اين شيوه را مي‌توان به سيستم‌هاي بسيار بزرگتر تعميم داد.

تحقيق مذكور در Physical Review Letters به چاپ رسيده است.

منبع