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Mar 28, 2023

Le duo dynamique de l'informatique quantique : le piège à ions rencontre le single

Par National Institute of Standards and Technology10 mai 2023 Des chercheurs ont

Par National Institute of Standards and Technology10 mai 2023

Des chercheurs ont mis au point un piège à ions et un détecteur à photon unique combinés pour améliorer les systèmes informatiques quantiques. Le nouveau dispositif surmonte le problème des exigences concurrentes entre le piège à ions et le détecteur de photons en incorporant une barrière en aluminium au bas du détecteur, permettant d'utiliser des tensions élevées sans perturber les performances du détecteur. Cette innovation du NIST a été publiée dans Applied Physics Letters. Crédit : 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"}]"> systèmes informatiques quantiques, surmontant les défis précédents dans le suivi de plusieurs ions pour une puissance de traitement accrue. L'appareil comporte une barrière en aluminium pour équilibrer les besoins du piège à ions et du détecteur de photons.

Nous construisons les outils pour piéger les ions et les regarder briller (ou pas).

Le dispositif art-déco-esque montré ici est un piège combiné pour les ions (atomes chargés) et un détecteur pour les photons individuels (particules de lumière). Lorsque vous maintenez un ion en place et que vous le frappez avec un laser, selon son état quantique, l'ion brillera et émettra des photons… ou il ne fera rien et restera dans l'obscurité.

Mais nous ne suivons pas ce processus pour une chance 50/50 à un spectacle de lumière.

Les probabilités de lueur ou d'absence de lueur pour les ions ont un impact significatif sur l'avenir de l'informatique. Les ordinateurs quantiques peuvent attribuer des valeurs à ces deux états quantiques, similaires aux 0 et aux 1 du système binaire que nos ordinateurs classiques utilisent pour fonctionner.

Jusqu'à présent, la meilleure pratique a consisté à utiliser une grande lentille de microscope sur mesure et un détecteur de photon unique volumineux pour déterminer si un ion piégé brille ou non. C'est suffisant à petite échelle, mais des problèmes techniques surviennent lorsqu'un système informatique quantique doit suivre de nombreux ions à la fois (pour une puissance de traitement accrue). Les ions peuvent être hors de vue ou l'image peut être déformée.

Non seulement les chercheurs du NIST ont une alternative potentielle, mais ils viennent de la rendre beaucoup plus réaliste.

Notre détecteur combiné piège à ions/photon unique élimine le besoin d'un équipement encombrant et maintient le potentiel d'une vue claire de tous les ions dans le système.

Les itérations précédentes ont relevé le défi des personnalités concurrentes. Le piège nécessitait de grandes tensions sur ses électrodes pour maintenir les ions en place, tandis que le détecteur était beaucoup plus délicat et préférait un environnement sans grands signaux électriques.

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"}]">Lettres de physique appliquée.

Référence : "Détecteurs supraconducteurs à photon unique à nanofils supraconducteurs intégrés avec une tolérance RF améliorée pour la lecture de l'état des qubits à ions piégés" par Benedikt Hampel, Daniel H. Slichter, Dietrich Leibfried, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam et Varun B. Verma, 24 avril 2023, Applied Physics Letters.DOI : 10.1063/5.0145077