Квантовая информационная архитектура, обеспечиваемая когерентным переносом нейтральных атомов. а) В нашем подходе кубиты транспортируются для выполнения запутывающих вентилей с удаленными кубитами, обеспечивая программируемую и нелокальную связь. Перемещение атомов осуществляется с помощью оптического пинцета с высокой степенью параллелизма в двух измерениях и между несколькими зонами, что позволяет проводить выборочные манипуляции. Вставка: используемые атомные уровни. Состояния кубита |0⟩, |1⟩ относятся к состояниям часов m F = 0 87 Rb, а |r⟩ — это состояние Ридберга, используемое для создания запутанности между кубитами (расширенные данные, рис. 1b). б — изображения атомов, иллюстрирующие когерентный перенос запутанных кубитов. Используя последовательность однокубитных и двухкубитных вентилей, каждая пара атомов готовится в |Φ +⟩ Состояние Белла (методы), а затем они разделены на 110 мкм в течение 300 мкс. c, колебания четности указывают на то, что движение не оказывает заметного влияния на запутанность или когерентность. Как для движущихся, так и для стационарных измерений когерентность кубита сохраняется с помощью последовательности динамической развязки XY8 в течение 300 мкс (методы). d, измеренная точность в состоянии Белла как функция скорости разделения на 110 мкм, показывающая, что точность не изменяется при перемещении медленнее 200 мкс (средняя скорость разделения 0,55 мкм мкс -1 ). Врезка: нормализация по потере атомов во время перемещения приводит к постоянной точности, что указывает на то, что потеря атомов является доминирующим механизмом ошибки. Кредит: Природа (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04592-6

Одна из групп, состоящая из представителей Висконсинского университета, Мэдисона, компаний ColdQuanta и Riverlane, впервые успешно запустила алгоритм на квантовом компьютере с холодным атомом. Вторая группа, состоящая из представителей Гарварда, Массачусетского технологического института, QuEra Computing Inc., Университета Инсбрука и Австрийской академии наук, показала, что можно построить квантовый процессор на основе когерентного транспорта массивов запутанных атомов. Ханна Уильямс из Университета Дарема опубликовала статью «Новости и взгляды» в том же номере журнала, в которой рассказывается о недавних исследованиях по использованию нейтральных атомов для создания квантовых цепей, а также о работе, проделанной двумя командами в этих недавних усилиях.

По мере того, как продвигались исследования по созданию настоящего и пригодного для использования квантового компьютера, развивалось множество конструкций — два основных претендента предполагают использование кубитов либо на захваченных ионах, либо на электростатических полях. Но оба подхода оказались сложными для масштабирования до больших систем. Из-за этого некоторые исследователи обратились к изучению возможности использования нейтральных атомов в таком компьютере. Преимущество такого подхода, как отмечает Уильямс, заключается в том, что его будет гораздо проще масштабировать на гораздо более крупные системы — для создания логических вентилей уже использовались массивы из сотен нейтральных атомов. В двух новых попытках обе исследовательские группы показали, что такой подход можно использовать для создания многокубитных схем; они просто пошли об этом по-разному.

Обе команды кодировали кубиты в своих машинах в низкоэнергетическом состоянии, но по-разному с ними обращались. Одна команда запутала атомы, которые не были соседними друг с другом, используя оптический пинцет для их перемещения, а затем использовала их, чтобы продемонстрировать, что этот подход может быть использован для реализации устоявшегося состояния квантовой информации. Другая команда запутала пары кубитов с помощью лазерных лучей, чтобы создать комплекс из шести кубитов в состоянии Гринбергера-Хорна-Цайлингера. Затем они использовали свою систему для запуска двух квантовых алгоритмов: один измерял молекулярную энергию данного атома, а другой работал над проблемой MaxCut.

Работа обеих команд предполагает, что использование нейтральных атомов для создания квантовых цепей является жизнеспособным вариантом для дальнейших исследований, направленных на создание работающего квантового компьютера.