(Phys.org)—Les physiciens ont construit l'un des premiers éléments de base d'un ordinateur quantique à ions Rydberg piégés :une porte de Rydberg à un seul qubit. La réalisation illustre la faisabilité de la construction de ce nouveau type d'ordinateur quantique, qui a le potentiel de surmonter les problèmes d'évolutivité auxquels sont confrontées les approches actuelles de l'informatique quantique.

Les physiciens, Gérard Higgins, Markus Hennrich, et leurs coauteurs à l'Université de Stockholm et à l'Université d'Innsbruck, ont publié un article sur leurs résultats avec des ions Rydberg piégés simples dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

Actuellement, l'un des plus grands défis auxquels sont confrontés les ordinateurs quantiques est d'augmenter le nombre de qubits intriqués utilisés dans chaque porte logique, ce qui est essentiel pour l'informatique quantique pratique. La mise à l'échelle est si difficile en partie parce que les portes multiqubit couramment utilisées dans les systèmes à ions piégés souffrent du problème de "l'encombrement spectral" lorsque le nombre de qubits augmente. Cependant, les systèmes d'ions Rydberg piégés sont immunisés contre l'encombrement spectral, ce qui soulève la possibilité que les ordinateurs quantiques fabriqués à partir de qubits d'ions Rydberg piégés puissent offrir une nouvelle voie pour réaliser des ordinateurs quantiques évolutifs.

Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont construit la première porte Rydberg à un seul qubit, et ils s'attendent à ce qu'il soit possible d'étendre la version à qubit unique à une porte Rydberg à deux qubits, et de continuer à ajouter plus de qubits à l'avenir.

Afin de construire la porte de Rydberg à un seul qubit, les physiciens devaient démontrer, pour la première fois, l'excitation de Rydberg cohérente d'un ion. Il s'agissait d'un processus en deux étapes dans lequel ils ont commencé avec un ion strontium confiné dans un piège. À l'aide de lasers, ils ont excité l'ion d'un état qubit bas à un premier état excité, et à son tour excité cet état à un état de Rydberg encore plus énergétique. Les états de Rydberg sont considérés comme des états exotiques de la matière, car l'un des électrons de valence (le plus à l'extérieur) de l'ion est excité par une orbitale de si haute énergie et situé si loin du noyau qu'il est à peine lié à l'ion.

La principale réalisation ici est que cet état de Rydberg a été atteint de manière cohérente, ce qui est nécessaire pour construire des portes Rydberg multiqubit. En combinant l'excitation de Rydberg cohérente avec des méthodes de manipulation de qubit, les chercheurs ont ensuite pu démontrer la porte de Rydberg à un seul qubit.

"Ce travail montre que les ions Rydberg peuvent être contrôlés de manière cohérente, et tant de phénomènes intéressants qui sont explorés avec des atomes neutres de Rydberg peuvent également être explorés dans ce système, peut-être avec des avantages supplémentaires en raison du contrôle exceptionnel que les chercheurs ont sur les systèmes d'ions piégés par rapport aux systèmes d'atomes piégés, " Higgins a dit Phys.org .

En plus de leurs avantages potentiels d'évolutivité, Les futurs ordinateurs quantiques à ions Rydberg piégés pourraient également présenter des avantages tels qu'un bon contrôle des qubits et un fonctionnement rapide des portes. Les chercheurs prévoient d'approfondir ces possibilités à l'avenir.

"Ensuite, nous voulons mesurer les interactions fortes entre deux ions Rydberg, et utilisez-le pour enchevêtrer des ions ensemble, ", a déclaré Higgins. "Les ions Rydberg piégés ont le potentiel d'être utilisés pour générer de très grands états intriqués."

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