Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
К настоящему времени предложено несколько различных вариантов архитектуры квантовых вычислительных устройств, допускающих масштабирование до полноценного квантового компьютера. Наиболее привлекательной представляется такая организация вычислений, при которой большое число независимых друг от друга кубитов хранится в одной части компьютера (регистре).
Операции с отобранными для этой цели кубитами осуществляются в другой его части, которую можно назвать "операционной" (после чего кубиты возвращаются обратно в регистр), а измерения проводятся в третьей части, куда подлежащие измерению кубиты переносятся опять же из регистра [1]. Все эти манипуляции в принципе можно проделывать с нейтральными атомами-кубитами в дипольных ловушках. Для транспортировки атомов между ловушками можно использовать так называемый "оптический пинцет", образованный сфокусированными лазерными пучками [2]. Но при этом возникают два принципиальных вопроса: 1) как сильно нагреваются атомы в процессе такой транспортировки? и 2) сохраняется ли при этом когерентность? Ведь требуется перемещать не просто атомы, а когерентные суперпозиции атомных состояний (то есть суперпозиции логических состояний кубитов, ассоциируемых с этими атомами).
Рис. 1. Иллюстрация процесса переноса атома-кубита 87Rb из одной дипольной ловушки в другую и обратно. Первый π/2-импульс создает исходное суперпозиционное состояние ( |0ñ + |1ñ )/Ö2, а второй служит для измерения конечного состояния.
Рис. 2. Результаты исследования флюоресценции атома 87Rb при его движении по эллиптической траектории: сумма пяти изображений, полученных на различных этапах движения. Цветная шкала показывает число срабатываний CCD-детектора в расчете на один пиксель (за вычетом фона).
В работе [3] французских ученых из CNRS на оба вопроса дан положительный ответ. Авторам [3] удалось передвинуть атом 87Rb между дипольными ловушками так аккуратно, что и его начальная температура (56 мкК) осталась неизменной в пределах погрешности эксперимента, и суперпозиционное состояние ( |0ñ + |1ñ )/Ö2 сохранилось не хуже, чем если бы в течение всего времени, затраченного на перемещение (около 200 микросекунд), (рис. 1) кубит оставался нетронутым в своей ловушке. Следовательно, движение атома не приводит к появлению новых каналов декогерентизации. Роль базисных состояний кубита |0ñ и |1ñ при этом играли состояния сверхтонкой структуры с величиной полного углового момента F = 1 и 2, соответственно (проекция момента на ось квантования в обоих случаях равна нулю). Максимальное ускорение a атома в процессе его перемещения составило около 15 м/с2, что на три порядка меньше предельной величины a, при которой движение становится заведомо неадиабатическим. Использованная в работе [2] методика позволяет контролируемым образом перемещать атомы по двум ортогональным направлениям на расстояние до нескольких десятков микрон (рис. 2). Следующим этапом этого направления работ по организации квантовых вычислений в масштабируемых системах должна стать демонстрация когерентного взаимодействия двух и более атомов-кубитов в "операционной части" компьютера.
