(Phys.org) —Los físicos han construido uno de los primeros elementos básicos de una computadora cuántica de iones Rydberg atrapada:una puerta Rydberg de un solo qubit. El logro ilustra la viabilidad de construir este nuevo tipo de computadora cuántica, que tiene el potencial de superar los problemas de escalabilidad que enfrentan los enfoques actuales de la computación cuántica.

Los físicos Gerard Higgins, Markus Hennrich, y sus coautores en la Universidad de Estocolmo y la Universidad de Innsbruck, han publicado un artículo sobre sus resultados con iones de Rydberg atrapados en un número reciente de Cartas de revisión física .

En la actualidad, Uno de los mayores desafíos que enfrentan las computadoras cuánticas es aumentar la cantidad de qubits entrelazados utilizados en cada puerta lógica. que es esencial para la computación cuántica práctica. El escalado es tan difícil en parte porque las puertas de múltiples qubits comúnmente utilizadas en los sistemas de iones atrapados sufren el problema del "apiñamiento espectral" a medida que aumenta el número de qubits. Sin embargo, Los sistemas de iones de Rydberg atrapados son inmunes al hacinamiento espectral, lo que plantea la posibilidad de que las computadoras cuánticas hechas de qubits de iones de Rydberg atrapados puedan ofrecer una nueva ruta para realizar computadoras cuánticas escalables.

En el estudio actual, los investigadores construyeron la primera puerta Rydberg de un solo qubit, y esperan que sea posible extender la versión de un solo qubit a una puerta Rydberg de dos qubit, y continuar agregando más qubits en el futuro.

Para construir la puerta Rydberg de un solo qubit, los físicos necesitaban demostrar, por primera vez, la excitación coherente de Rydberg de un ion. Este fue un proceso de dos pasos en el que comenzaron con un ion de estroncio confinado en una trampa. Usando láseres, excitaron el ion desde un estado de qubit bajo a un primer estado excitado, y, a su vez, excitó este estado a un estado de Rydberg de energía aún mayor. Los estados de Rydberg se consideran estados exóticos de la materia, ya que uno de los electrones de valencia (más externos) del ion se excita a un orbital de alta energía y se encuentra tan lejos del núcleo que apenas se une al ion.

El logro clave aquí es que este estado de Rydberg se logró de manera coherente, que es necesario para construir puertas Rydberg multiqubit. Combinando la excitación coherente de Rydberg con métodos de manipulación de qubit, los investigadores pudieron entonces demostrar la puerta de Rydberg de un solo qubit.

"Este trabajo muestra que los iones de Rydberg se pueden controlar de forma coherente, y muchos de los fenómenos interesantes que se exploran con átomos neutrales de Rydberg también pueden explorarse en este sistema, quizás con ventajas adicionales debido al control excepcional que los investigadores tienen sobre los sistemas de iones atrapados en comparación con los sistemas de átomos atrapados, "Higgins dijo Phys.org .

Además de sus posibles ventajas de escalabilidad, Las computadoras cuánticas de iones Rydberg atrapadas en el futuro también pueden tener ventajas como un buen control de qubit y un funcionamiento rápido de la puerta. Los investigadores planean investigar más a fondo estas posibilidades en el futuro.

"A continuación, queremos medir las interacciones fuertes entre dos iones de Rydberg, y usa esto para entrelazar iones juntos, "Dijo Higgins." Los iones de Rydberg atrapados tienen el potencial de ser utilizados para generar estados entrelazados muy grandes ".

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