Obliczenia na miarę nowej generacji
Połączenie przetwarzania informacji i mechaniki kwantowej doprowadziło do pomysłu stworzenia komputerów kwantowych. Wykorzystywane są w nich właściwości kwantowe, takie jak superpozycja — koncepcja mówiąca, że materia może istnieć równocześnie w wielu miejscach — a także stan splątany, gdy dwie cząsteczki materii mogą mieć takie same właściwości i zachowywać się identycznie, będąc rozdzielone. W przypadku klasycznych bitów pamięć jest zapisywana poprzez rejestrowanie wartości jeden lub zero, natomiast "kubity" mogą przedstawiać informacje zarówno w postaci pamięci, jak i stanu splątania obejmującego inne cząsteczki. Na kubit składają się dwa poziomy energii. Superpozycja tych stanów opisana przez funkcję falową oraz załamanie się tej funkcji, która przerywa obliczenia kwantowe, nosi nazwę dekoherencji. Niedopuszczenie do tego załamania stanowi główny problem w konstrukcji komputera kwantowego. Celem finansowanego ze środków UE projektu "Bramki kwantowe o wysokiej wierności z uwięzionymi jonami 43Ca+" (43CAQIP) jest znalezienie rozwiązania tego problemu. Wysoka wierność oznacza, że informacje są przesyłane z zachowaniem wysokiej precyzji. Celem tego projektu badawczego było użycie bramek kwantowych w celu zbadania prostych algorytmów kwantowych i utworzenie splątania wielocząsteczkowego. Izotop wapnia (43Ca+) zapewnia, że system kubitowy jest odporny na fluktuacje pola magnetycznego, które są podstawową przyczyną dekoherencji w innych eksperymentach. Informacje kwantowe są kodowane w postaci długotrwałych stanów wewnętrznych uwięzionych jonów. Dzięki wygenerowaniu splątanego stanu jonów, mogą one pełnić rolę bramek logicznych, podobnych do tych używanych w elektronice cyfrowej. W ramach projektu z powodzeniem opracowano bramkę, którą użyto na "gorących" (wibrujących) jonach, bez konieczności laserowego "schładzania" (ograniczenia wibracji) uwięzionych jonów. Ten wynik projektu ma decydujące znaczenie dla zwiększenia wydajności obliczeń kwantowych, ogólnie wymagających operacji, które w sposób niezamierzony i niepożądany podgrzewają uwięzione jony. Opracowanie tych bramek umożliwi znacznie szybsze kalkulacje, które z kolei pozwolą na rozwiązywanie problemów, których złożoność sprawia, że nie można ich rozwiązać za pomocą dzisiejszych komputerów. Wdrożenie opracowanej tu bramki splątującej o wysokiej wierności otwiera liczne możliwości dla ekscytujących badań. W ramach projektu wykonano również ważny krok w kierunku bardziej wymagających obliczeń kwantowych.
