O krok bliżej do komputerów kwantowych
W konwencjonalnych komputerach dane mają postać bitów, które zawsze znajdują się w jednym z dwóch stanów: 0 lub 1. Bit kwantowy, nazywany także kubitem, może istnieć w obu tych stanach na raz, co określane jest mianem superpozycji. Ta kwantowa własność umożliwia przeprowadzanie wielu obliczeń w sposób równoległy. Sprawienie, by kubity "porozumiewały się" ze sobą, a tym samym stworzenie bramki logicznej, okazuje się być bardzo trudnym zadaniem. Niedługo powinny powstać jednak bramki dwukubitowe zbudowane na wielu równoległych parach atomów, dzięki powtarzającemu się wzorcowi sieci optycznych oraz długim czasom koherencji neutralnych atomów ułożonych w takie systemy. W ramach finansowanego ze środków UE projektu NODOS (Non-adiabatic quantum dynamics in novel optical superlattices) zespół naukowców opracował technikę umożliwiającą stworzenie dwukubitowej bramki na wybranej parze atomów. Zaproponowane rozwiązanie opiera się na wykorzystaniu nadstruktur. Sieci optyczne ultrazimnych atomów tworzone są przy pomocy nakładających się wiązek laserowych o przeciwnej propagacji. Naukowcy z projektu NODOS opracowali nadstrukturę sieci optycznej, składającą się z dwóch sieci optycznych o podobnej okresowości, mających więzić atomy rubidu (Rb). Przy pomocy matrycy ultrazimnych atomów Rb można by uzyskać bramkę dwukubitową na wybranej parze sąsiadujących ze sobą atomów, dzięki wykorzystaniu interakcji ze zmianą spinu. Zbudowanie takiej bramki wymagało scalenia dwóch atomów po tej samej stronie siatki, tak aby ich funkcje falowe nakładały się na siebie. Kontrolując względną częstotliwość i intensywność nadstruktury optycznej, naukowcy chcą scalić pary oddziałujących ze sobą atomów z pojedynczym miejscem na sieci. Dwukubitowa bramka mogłaby wymieniać kubity w czasie poniżej milisekundy przy prawdopodobieństwie błędu mniejszym niż 10 do 3. Ponadto architektura nadstruktury optycznej indukuje nadsubtelną zmianę położenia, o kilka rzędów wielkości mniejszą niż długość fali lasera, co umożliwia stworzenie bramek jednokubitowych. Rezultaty projektu NODOS opisano w publikacji na łamach renomowanego czasopisma Physical Review A. Po określeniu podstawowych elementów potrzebnych do budowy komputera kwantowego i stworzeniu aparatu doświadczalnego, zespół może przystąpić do prac nad działającym komputerem kwantowym.
Słowa kluczowe
Komputery kwantowe, kubit, bramki logiczne, sieci optyczne, ultrazimne atomy, ze zmianą spinów
