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Mar 28, 2023

Dupla Dinâmica da Computação Quântica: Armadilha de Íons Encontra a Única

Pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, 10 de maio de 2023, os pesquisadores têm

Por Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia 10 de maio de 2023

Pesquisadores desenvolveram uma armadilha de íons combinada e um dispositivo detector de fóton único para melhorar os sistemas de computação quântica. O novo dispositivo supera a questão dos requisitos concorrentes entre a armadilha de íons e o detector de fótons, incorporando uma barreira de alumínio na parte inferior do detector, permitindo que grandes voltagens sejam usadas sem interromper o desempenho do detector. Esta inovação do NIST foi publicada na Applied Physics Letters. Crédito: NIST

A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> sistemas de computação quântica, superando os desafios anteriores no rastreamento de múltiplos íons para aumentar o poder de processamento. O dispositivo possui uma barreira de alumínio para equilibrar as necessidades da armadilha de íons e do detector de fótons.

Estamos construindo as ferramentas para capturar íons e vê-los brilhar (ou não).

O dispositivo art déco mostrado aqui é uma armadilha combinada para íons (átomos carregados) e detector para fótons individuais (partículas de luz). Quando você mantém um íon no lugar e o atinge com um laser, dependendo de seu estado quântico, o íon brilhará e emitirá fótons... ou não fará nada e permanecerá no escuro.

Mas não estamos passando por esse processo para uma chance de 50/50 em um show de luzes.

As probabilidades de brilho ou não brilho para íons têm um impacto significativo no futuro da computação. Os computadores quânticos podem atribuir valores a esses dois estados quânticos, semelhantes aos 0s e 1s no sistema binário que nossos computadores clássicos usam para operar.

A melhor prática até agora tem sido usar uma lente de microscópio grande e personalizada e um detector de fóton único volumoso para identificar se um íon preso brilha ou não. Isso é suficiente em pequena escala, mas surgem problemas técnicos quando um sistema de computação quântica precisa acompanhar muitos íons de uma só vez (para aumentar o poder de processamento). Os íons podem ficar fora de vista ou a imagem pode ficar distorcida.

Os pesquisadores do NIST não apenas têm uma alternativa em potencial, mas também a tornaram muito mais realista.

Nosso detector combinado de armadilha de íon/fóton único elimina a necessidade de equipamentos volumosos e mantém o potencial para uma visão clara de todos os íons no sistema.

As iterações anteriores enfrentaram o desafio de personalidades concorrentes. A armadilha precisava de grandes tensões em seus eletrodos para manter os íons no lugar, enquanto o detector era muito mais delicado e preferia um ambiente sem grandes sinais elétricos.

Now, our team has crafted a version with an aluminum barrier around the bottom of the detector. The ion trap can use large voltages, and the detector can keep its peace. Get the specifics on this NIST innovation in the research paper, published in Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Applied Physics Letters./p>A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"quantum computing systems, overcoming previous challenges in tracking multiple ions for increased processing power. The device features an aluminum barrier to balance the needs of both the ion trap and photon detector./strong>