I qubit sono rappresentati sia da semplici stati quantistici binari che da varie implementazioni fisiche. Un candidato promettente è un elettrone intrappolato che levita nel vuoto. Tuttavia, il controllo degli stati quantistici, in particolare dei movimenti vibrazionali, degli elettroni intrappolati può essere difficile.
“Abbiamo trovato un modo per raffreddare e misurare il movimento di un elettrone levitato nel vuoto, o di un elettrone intrappolato, entrambi nel regime quantistico”, ha affermato Alto Osada presso il Komaba Institute for Science presso l’Università di Tokyo. “Con la fattibilità del controllo a livello quantistico del movimento degli elettroni intrappolati, l’elettrone intrappolato diventa più promettente e attraente per le applicazioni della tecnologia quantistica, come l’informatica quantistica”.
I sistemi proposti su cui si sono concentrati i ricercatori includevano un elettrone intrappolato nel vuoto chiamato trappola di Paul che interagiva con circuiti superconduttori e uno ione intrappolato. Poiché gli ioni sono caricati positivamente e gli elettroni sono caricati negativamente, quando sono intrappolati insieme, si muovono l’uno verso l’altro a causa di un fenomeno chiamato attrazione Coulomb. Poiché l’elettrone ha una massa così leggera, le interazioni tra l’elettrone e il circuito e l’elettrone e lo ione erano particolarmente forti. Hanno anche scoperto di essere in grado di controllare la temperatura dell’elettrone utilizzando campi a microonde e laser ottici.
Un’altra metrica importante che i ricercatori hanno utilizzato per misurare il successo dei loro calcoli è stata la modalità fononica dell’elettrone. Phonon si riferisce a un’unità di energia che caratterizza una vibrazione, o, in questo caso, l’oscillazione dell’elettrone intrappolato. Il risultato desiderabile era una lettura a fonone singolo e un raffreddamento dello stato fondamentale. Il raffreddamento dello stato fondamentale si riferisce allo stato congelato dell’elettrone. I ricercatori sono stati in grado di ottenere questi risultati attraverso i loro due sistemi ibridi che hanno analizzato. “Operazioni quantistiche altamente efficienti e ad alta fedeltà sono disponibili nel sistema di elettroni intrappolati”, ha affermato Osada. “Questo nuovo sistema si manifesta come un nuovo parco giochi per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche”.
Guardando al futuro, i ricercatori notano che sarà necessaria un’ulteriore ricerca sperimentale per vedere se i loro metodi possono essere implementati e applicati al calcolo quantistico. Ad esempio, hanno in programma di dimostrare la loro idea con un esperimento di prova del concetto. “Stiamo progettando di esaminare i nostri schemi utilizzando elettroni intrappolati in una cavità a microonde”, ha affermato Osada. “Attraverso questa ricerca, saremo in grado di fare un altro passo avanti verso operazioni quantistiche precise e verso l’implementazione del calcolo quantistico”.
Il progetto JST ERATO MQM, JSPS KAKENHI e JST SPRING hanno supportato questa ricerca.
Fonte: Materiali forniti dall’Università di Tokyo. Riferimento del giornale: Alto Osada, Kento Taniguchi, Masato Shigefuji, Atsushi Noguchi. Studio di fattibilità sul raffreddamento dello stato fondamentale e sulla lettura di un singolo fonone di elettroni intrappolati utilizzando sistemi quantistici ibridi . Ricerca sulla revisione fisica , 2022; 4 (3) DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033245 Università di Tokio. “Advance avvicina l’informatica quantistica all’implementazione.” Science Daily. ScienceDaily, 21 ottobre 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/10/221021132731.htm>.
