Ordinateurs quantiques à grande échelle, qui sont une poursuite active de nombreux laboratoires universitaires et géants de la technologie, reste à des années. Mais cela n'a pas empêché certains scientifiques d'anticiper, à une époque où les ordinateurs quantiques pouvaient être reliés entre eux dans un réseau ou un seul ordinateur quantique pouvait être divisé en plusieurs nœuds interconnectés.

Un groupe de physiciens de l'Université du Maryland, travailler avec le boursier JQI Christopher Monroe, poursuivent le deuxième objectif, tenter de câbler des modules isolés d'ions atomiques piégés avec de la lumière. Ils imaginent de nombreux modules, chacun avec une centaine d'ions, reliés entre eux pour former un ordinateur quantique qui est intrinsèquement évolutif :si vous voulez un ordinateur plus gros, ajoutez simplement plus de modules au mélange.

Dans un article publié récemment dans Lettres d'examen physique , Monroe et ses collaborateurs ont rapporté avoir rassemblé bon nombre des pièces nécessaires à la création d'un tel module. Il comprend deux espèces différentes d'ions :un ion ytterbium pour stocker des informations et un ion baryum pour générer la lumière qui communique avec d'autres nœuds.

Cette approche à deux espèces isole les tâches de stockage et de communication d'un nœud de réseau. Avec une seule espèce, manipuler l'ion de communication avec un laser pourrait facilement corrompre l'ion de stockage. Dans plusieurs expériences, les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient réussir à isoler les deux ions l'un de l'autre, transférer des informations entre eux et capturer la lumière générée par les deux ions.

La lumière de l'ion de communication baryum pourrait éventuellement être acheminée via des câbles à fibres optiques vers un capteur reconfigurable, où il rencontrerait la lumière d'autres nœuds. Pour démontrer que le module pouvait produire cette lumière de communication, l'équipe a soigneusement excité l'ion baryum avec un laser - en laissant l'ion ytterbium intact - et a capturé la lumière émise lors de sa désintégration. En observant à la fois cette lumière émise et l'ion, l'équipe a déterminé que les deux étaient enchevêtrés, une exigence si la lumière doit transporter des messages dans un réseau quantique.

L'équipe a également transféré des informations entre les deux ions, en utilisant leur poussée électrique mutuelle et le mouvement qui en résulte pour mêler les caractéristiques quantiques internes des ions. Utilisation de lasers pour exciter un mouvement spécifique, l'équipe a montré comment échanger des informations d'un ion à l'autre et même enchevêtrer les deux ions. Enchevêtrer l'ion de stockage avec l'ion de communication et l'ion de communication avec la lumière sortante sont les principaux ingrédients nécessaires pour un nœud dans un réseau quantique.

L'utilisation de deux espèces différentes s'est accompagnée de certains défis, bien que. Un problème à surmonter était un décalage de taille. Puisque les ions se donnent une poussée électrique, ils vacillent de manière coordonnée lorsqu'ils sont piégés les uns à côté des autres. Mais l'ytterbium est plus lourd que le baryum, créant un décalage dans ce mouvement qui ralentit la vitesse à laquelle les informations peuvent être transférées de la mémoire ytterbium à l'interface baryum.

En analysant ce mouvement couplé, l'équipe s'est rendu compte que l'utilisation du mouvement le long de la ligne reliant les deux ions - quelque chose qui est généralement plus lent car les ions ne sont pas aussi étroitement confinés dans cette direction - accélérerait le transfert d'informations.

L'équipe a ajouté des ions mémoire à son module depuis les expériences qu'elle rapporte dans ce travail. Mais leur objectif principal à l'avenir sera de câbler plus de modules ensemble, l'objectif final étant une grande échelle, ordinateur quantique modulaire.