Dos equipos usan átomos neutros para crear circuitos cuánticos

Arquitectura de información cuántica habilitada por el transporte coherente de átomos neutros. a, En nuestro enfoque, los qubits se transportan para realizar puertas entrelazadas con qubits distantes, lo que permite una conectividad programable y no local. El transporte de átomos se realiza mediante pinzas ópticas, con alto paralelismo en dos dimensiones y entre múltiples zonas que permiten manipulaciones selectivas. Recuadro:los niveles atómicos utilizados. Los estados de qubit |0⟩, |1⟩ se refieren a m_F = 0 estados de reloj de ⁸⁷ Rb, y |r⟩ es un estado de Rydberg utilizado para generar entrelazamiento entre qubits (Datos extendidos Fig. 1b). b, Imágenes de átomos que ilustran el transporte coherente de qubits entrelazados. Utilizando una secuencia de compuertas de un solo qubit y de dos qubits, los pares de átomos se preparan en el |Φ⁺ ⟩ Estado de campana (Métodos), y luego están separados por 110 μm en un lapso de 300 μs. c, Las oscilaciones de paridad indican que el movimiento no afecta de manera observable el entrelazamiento o la coherencia. Tanto para las mediciones en movimiento como para las estacionarias, la coherencia de los qubits se conserva utilizando una secuencia de desacoplamiento dinámico XY8 durante 300 μs (Métodos). d, Fidelidad del estado de campana medida en función de la velocidad de separación sobre los 110 μm, que muestra que la fidelidad no se ve afectada por un movimiento más lento que 200 μs (velocidad de separación promedio de 0,55 μm μs⁻¹ ). Recuadro:la normalización por pérdida de átomos durante el movimiento da como resultado una fidelidad constante, lo que indica que la pérdida de átomos es el mecanismo de error dominante. Crédito:Naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04592-6

Dos equipos de investigadores que trabajan de forma independiente han demostrado la viabilidad del uso de átomos neutros para crear circuitos cuánticos; ambos han publicado reseñas de su trabajo en la revista Nature. . Uno de los grupos, con miembros de la Universidad de Wisconsin, Madison, ColdQuanta y Riverlane, ejecutó con éxito un algoritmo en una computadora cuántica de átomos fríos por primera vez. El segundo grupo, con miembros de Harvard, MIT, QuEra Computing Inc., la Universidad de Innsbruck y la Academia de Ciencias de Austria, demostró que era posible construir un procesador cuántico basado en el transporte coherente de conjuntos de átomos entrelazados. Hannah Williams, de la Universidad de Durham, ha publicado un artículo de News &Views en el mismo número de la revista que describe investigaciones recientes sobre el uso de átomos neutros para crear circuitos cuánticos y el trabajo realizado por los dos equipos en estos esfuerzos recientes.

A medida que avanzaba la investigación para construir una computadora cuántica verdadera y utilizable, se desarrollaron múltiples diseños:los dos contendientes principales implican el uso de qubits basados en iones atrapados o campos electrostáticos. Pero ambos enfoques han resultado difíciles de escalar a grandes sistemas. Por eso, algunos investigadores se han dedicado a estudiar la posibilidad de utilizar átomos neutros en una computadora de este tipo. La ventaja de este enfoque, como señala Williams, es que sería mucho más fácil de escalar a sistemas mucho más grandes:ya se han utilizado matrices de cientos de átomos neutros para crear puertas lógicas. En los dos nuevos esfuerzos, ambos equipos de investigación han demostrado que es posible utilizar este enfoque para crear circuitos multi-qubit; simplemente lo hicieron de diferentes maneras.

Ambos equipos codificaron los qubits en sus máquinas en un estado de baja energía, pero difirieron en la forma en que los manejaron. Un equipo entrelazó átomos que no estaban adyacentes entre sí usando pinzas ópticas para moverlos y luego los usó para demostrar que el enfoque podría usarse para realizar un estado de información cuántica bien establecido. El otro equipo entrelazó pares de qubits utilizando rayos láser para crear un complejo de seis qubits en un estado de Greenberger-Horne-Zeilinger. Luego usaron su sistema para ejecutar dos algoritmos cuánticos:uno que medía la energía molecular de un átomo determinado y el otro para trabajar en el problema de MaxCut.

El trabajo de ambos equipos sugiere que el uso de átomos neutros para crear circuitos cuánticos es una opción viable para futuras investigaciones centradas en la creación de una computadora cuántica funcional. + Explora más