Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové z MITu navrhli nový typ qubitů, který je složen z páru atomů. Má jít přitom o atomy jako celek patřící mezi fermiony (PH: tedy po započtení spinu všech protonů, neutronů a elektronů; většina známých atomů patří k bosonům; fermiony jsou neutrální atomy o lichém počtu neutronů). Pokud jsou dvojice těchto fermionů ochlazeny a zachyceny v optické mřížce, mohou oba atomy vytvořit superpozici. Tisková zpráva ke studii to popisuje jako kombinaci dvou stavů, kdy v jednom dvojice atomů kmitá proti sobě, ve druhém se synchronizovaně, souběžně „houpe“.
Vědci dokázali tento stav superpozice udržet mezi stovkami vibrujících párů fermionů po relativně dlouhou dobu. Takto stabilní systém qubitů (kvantový registr) by se podle studie publikované v Nature mohl stát slibným základem budoucích kvantových počítačů. Superpozice v tomto případě vydrží řádově až desítky sekund, a to i v prostředí určitého šumu; to je o mnoho řádu víc než u dosud známých qubitů založených na jiných principech (poznámka PH: samozřejmě nejde jen o stabilitu qubitu, ale i možnost jeho propojení, spolupráce s jinými qubity).
„Odhadujeme, že interakce těchto qubitů by měla trvat pouze milisekundu, takže můžeme doufat v 10 000 /výpočetních/ operací během doby koherence, což by mohlo být konkurenceschopné s jinými platformami,“ uvedl spoluautor studie Martin Zwierlein z MITu.
Experimenty probíhaly při extrémně nízkých teplotách ve velmi silném vakuu. Jev byl demonstrován na draslíku 40 (K-40; draslík má 19 protonů, tento izotop tedy 21 neutronů, a proto jde o fermion – viz výše), který experimentátoři ochladili na 100 nanokelvinů a pak pomocí soustavy laserů vytvořili optickou mřížku, v níž atomy uvěznili. Podmínky vyladili tak, aby každá jamka v mřížce zachytila pár fermionů.
Chování těchto fermionů, tj. případně samotná realizace kvantového algoritmu, se řídilo pomocí připojení a změn magnetického pole (tzv. Feshbachova rezonance). Tímto způsobem se dařilo manipulovat asi s 400 páry atomů, než se jednotlivé páry ze superpozice zhroutily do jednoho nebo druhého vibračního stavu. V reálném kvantovém počítači by bylo třeba dokázat ovládat jednotlivé dvojce atomů odděleně a také mezi nimi informaci přenášet. Prozatím se zdá, že by ve zkoumaném uspořádání mělo být možné přimět k interakci 2 dvojice, a vytvořit tak funkční dvouqubitové hradlo.
Thomas Hartke, Quantum register of fermion pairs, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04205-8. www.nature.com/articles/s41586-021-04205-8
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
Poznámka PH: Ne že by z celého popisu bylo laikovi patrné, proč je vůbec potřeba, aby ty atomy byly fermiony…
