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Mar 28, 2023

Das dynamische Duo von Quantum Computing: Ionenfalle trifft Single

Von National Institute of Standards and Technology, 10. Mai 2023 Forscher haben

Von National Institute of Standards and Technology, 10. Mai 2023

Forscher haben eine Kombination aus Ionenfalle und Einzelphotonendetektor entwickelt, um Quantencomputersysteme zu verbessern. Das neue Gerät überwindet das Problem der konkurrierenden Anforderungen zwischen der Ionenfalle und dem Photonendetektor, indem es eine Aluminiumbarriere an der Unterseite des Detektors integriert, wodurch hohe Spannungen verwendet werden können, ohne die Leistung des Detektors zu beeinträchtigen. Diese NIST-Innovation wurde in Applied Physics Letters veröffentlicht. Bildnachweis: 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"}]"> Quantencomputersysteme, die bisherige Herausforderungen bei der Verfolgung mehrerer Ionen für eine höhere Verarbeitungsleistung überwinden. Das Gerät verfügt über eine Aluminiumbarriere, um die Anforderungen sowohl der Ionenfalle als auch des Photonendetektors auszugleichen.

Wir bauen die Werkzeuge, um Ionen einzufangen und zu beobachten, wie sie leuchten (oder auch nicht).

Das hier gezeigte Gerät im Art-Deco-Stil ist eine kombinierte Falle für Ionen (geladene Atome) und Detektor für einzelne Photonen (Lichtteilchen). Wenn Sie ein Ion an Ort und Stelle halten und es mit einem Laser treffen, leuchtet das Ion abhängig von seinem Quantenzustand entweder und emittiert Photonen … oder es tut nichts und bleibt im Dunkeln.

Aber wir durchlaufen diesen Prozess nicht, um eine 50/50-Chance bei einer Lichtshow zu haben.

Die Wahrscheinlichkeit, dass Ionen leuchten oder nicht, hat erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft der Computertechnik. Quantencomputer können diesen beiden Quantenzuständen Werte zuweisen, ähnlich den Nullen und Einsen im Binärsystem, mit dem unsere klassischen Computer funktionieren.

Die bisher beste Vorgehensweise bestand darin, ein großes, speziell angefertigtes Mikroskopobjektiv und einen sperrigen Einzelphotonendetektor zu verwenden, um festzustellen, ob ein eingefangenes Ion leuchtet oder nicht. Im kleinen Maßstab ist das ausreichend, aber technische Probleme treten auf, wenn ein Quantencomputersystem viele Ionen gleichzeitig verfolgen muss (für zusätzliche Rechenleistung). Ionen können außer Sichtweite sein oder das Bild kann verzerrt sein.

NIST-Forscher haben nicht nur eine potenzielle Alternative, sie haben sie auch viel realistischer gemacht.

Unser kombinierter Ionenfallen-/Einzelphotonendetektor macht sperrige Geräte überflüssig und ermöglicht eine klare Sicht auf alle Ionen im System.

Frühere Iterationen standen vor der Herausforderung konkurrierender Persönlichkeiten. Die Falle benötigte große Spannungen an ihren Elektroden, um die Ionen an Ort und Stelle zu halten, während der Detektor viel empfindlicher war und eine Umgebung ohne große elektrische Signale bevorzugte.

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"}]">Briefe zur Angewandten Physik.

Referenz: „Fallenintegrierte supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren mit verbesserter HF-Toleranz für das Auslesen des Qubit-Zustands gefangener Ionen“ von Benedikt Hampel, Daniel H. Slichter, Dietrich Leibfried, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam und Varun B. Verma, 24. April 2023, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0145077