[ad_1]
Czas życia stanu Rydberga ogranicza czas koherencji i wierność bramek w komputerach kwantowych i symulatorach atomów Rydberga. Dzięki maksymalnemu momentowi pędu zapewniającemu doskonałą ochronę przed rozpadem, kołowe stany Rydberga są pożądanymi kandydatami do pokonania tej bariery o rzędy wielkości.
Pokonując istotną przeszkodę – krótki czas życia atomów Rydberga – grupa naukowców z V Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Stuttgarcie czyni znaczne postępy w symulacji kwantowej i obliczeniach kwantowych opartych na atomach Rydberga. Wykorzystanie kołowych stanów Rydberga do obejścia tego ograniczenia jest bardzo obiecujące.
Po raz pierwszy zespołowi badawczemu udało się wygenerować i uchwycić kołowe atomy Rydberga metalu ziem alkalicznych w układzie pęsety optycznej.
Dr Florian Meinert, kierownik Młodszej Grupy Badawczej w 5 Instytucie Fizyki, który jest odpowiedzialny za projekt, powiedział, „Jest to ekscytujące, ponieważ są one szczególnie stabilne i mogą znacznie wydłużyć żywotność bitu kwantowego. W związku z tym mają ogromny potencjał w zakresie opracowywania potężniejszych symulatorów kwantowych”.
Naukowcy wybrali stront – metal ziem alkalicznych z dwoma optycznie aktywnymi elektronami – do stworzenia atomu Rydberga, ponieważ oferuje on wyjątkowe możliwości.
Po utworzeniu okrągłego stanu Rydberga, drugi elektron krążący wokół jądra atomowego może być wykorzystany do operacji kwantowych znanych już z badań nad jonowymi komputerami kwantowymi.
Naukowcy wytworzyli niezwykle wysokoenergetyczne stany kołowe izotopu strontu w temperaturze otoczenia, wykazując niewiarygodnie długą żywotność do 2,55 milisekundy. Wykorzystując unikalną charakterystykę wnęki, która pochłania promieniowanie tła ciała doskonale czarnego, byli w stanie zmusić wrażliwy elektron Rydberga do przejścia na inne, energetycznie pobliskie poziomy Rydberga.
„Stany kołowe nie przetrwałyby zbyt długo bez tej ochrony. Innym powodem ich dłuższej żywotności jest ich maksymalny moment pędu, który pomaga chronić je przed rozpadem. Pokazuje to również, że bity kwantowe są mniej podatne na błędy lub zakłócenia zewnętrzne, ponieważ są bardziej stabilne”.
Istotnym elementem badań była dokładna kontrola i manipulacja mikrofalowym bitem kwantowym zakodowanym w stanach kołowych. Dzięki tak zwanej koherentnej kontroli naukowcy mogli przenosić qubit między stanami za pomocą impulsów mikrofalowych bez kasowania jego informacji kwantowej.
Mogli dokładnie określić czas życia bitu kwantowego i uzyskać kluczowe informacje na temat jego stabilności w temperaturze pokojowej. Skuteczna, spójna kontrola jest niezbędna dla precyzyjnych i niezawodnych operacji kwantowych.
Wszechstronność okrągłych atomów Rydberga czyni je atrakcyjnymi dla szerokiego zakresu zastosowań. Ponieważ można je specjalnie uwięzić i precyzyjnie manipulować nimi w pęsecie optycznej lub innych rodzajach pułapek, oferują one możliwości skalowalnej architektury, która może być korzystna przy budowaniu dużych systemów kwantowo-bitowych opartych na neutralnych atomach.
Journal Reference:
- C. Hölzl et al., Long-Lived Circular Rydberg Qubits of Alkaline-Earth Atoms in Optical Tweezers, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.021024
[ad_2]