پایداری درگاه‌های چندکیوبیتی از اتم‌های روبیدیومِ به تله افتاده، اکنون قابل رقابت با روش‌های دیگر است و با بزرگ شدن دستگاه هم می‌تواند حفظ شود.

در رقابت برای ساخت اولین رایانه‌ی کوانتومیِ مفید و بزرگ‌مقیاس، پژوهشگران روش‌های مختلفی را بررسی کرده‌اند که هرکدام نقاط قوت و ضعف خودشان را دارند. روش‌هایی که از اتم‌های خنثی استفاده می‌کنند سیستمی مقیاس‌پذیر را پیشنهاد می‌دهند اما در سازگاریِ برهمکنش اتم‌ها- پایداریِ کوانتومی‌شان- از بقیه ساختارها عقب‌تر هستند. اکنون بر مبنای پیشرفت‌های اخیر در کنترل اتم‌ها در حالت‌های بسیار برانگیخته‌ی «ریدبرگ»، هری لوین Harry Levin و همکارانش در دانشگاه هاروارد یک رایانه‌ی کوانتومیِ اتم-خنثی را نمایش داده‌اند که در مسابقه با بهترین رقیبانش پایداری لازم را داراست.

این گروه، عملیات منطقی کوانتومی را روی خوشه‌هایی با دو یا سه اتم روبیدیومِ نزدیک به هم که به طور جداگانه با انبرک‌های نوری نگه داشته شده بودند انجام داد. وقتی که یکی از اتم‌ها با لیزر به حالت ریدبرگ- حالتی که دورترین الکترون بسیار پر انرژی است- برانگیخته شد، اتم‌ها درهم تنیده می‌شوند. این گذار همچنین مانع از برانگیختگی همزمان همسایه‌های اتم می‌شود، وضعیتی که برای ایجاد درگاه‌های منطقی شامل دو یا حتی سه بیتِ کوانتومی (کوانتوم بیت‌ها) ضروری است. قابلیت میزبانی درگاه‌های چندکیوبیتی حاکی از آن است که این ایده می‌تواند به ویژه در کاربرد الگوریتم‌های کوانتومیِ خاص موثر باشد.

تا به حال لاوین و همکارانش، ردیفی از پنج خوشه‌ی دو اتمی را به طور همزمان دستکاری کرده‌اند اما مانعی برای گسترش این چیدمان به شبکه‌های دوبعدی با ده‌ها یا حتی صدها کیوبیت نمی‌بینند (گروه دیگری، به عنوان مثال، آرایه‌ای مربعی از کیوبیت‌های اتم-خنثی را آزمایش کرده اند). در این پیکربندی، لیزرها در صورت نیاز دو یا سه اتم‌ مجاور را برای اجرای درگاه‌های دو یا سه کیوبیتی با پایداری بالا انتخاب خواهند کرد.

این پژوهش در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع