Os pesquisadores descobriram a maneira mais precisa de controlar íons individuais usando a tecnologia de engenharia óptica holográfica.

A nova tecnologia usa o primeiro dispositivo holográfico de engenharia óptica conhecido para controlar qubits de íons aprisionados. Esta tecnologia promete ajudar a criar controles mais precisos de qubits que ajudarão no desenvolvimento de hardware específico da indústria quântica para novos experimentos de simulação quântica e potencialmente processos de correção de erros quânticos para qubits de íons aprisionados.

"Nosso algoritmo calcula o perfil do holograma e remove quaisquer aberrações da luz, o que nos permite desenvolver uma técnica altamente precisa para programar íons, "diz o autor principal Chung-You Shih, um Ph.D. estudante do Instituto de Computação Quântica (IQC) da University of Waterloo.

Kazi Rajibul Islam, um membro do corpo docente do IQC e em física e astronomia em Waterloo é o investigador principal neste trabalho. Sua equipe tem capturado íons usados ​​em simulação quântica no Laboratório de Informação Quântica desde 2019, mas precisava de uma maneira precisa de controlá-los.

Um laser direcionado a um íon pode "falar" com ele e alterar o estado quântico do íon, formando os blocos de construção do processamento de informações quânticas. Contudo, feixes de laser têm aberrações e distorções que podem resultar em uma confusão, ponto de foco amplo, o que é um problema porque a distância entre os íons presos é de alguns micrômetros - muito mais estreita do que um fio de cabelo humano.

Os perfis de feixe de laser que a equipe queria estimular os íons precisariam ser projetados com precisão. Para conseguir isso, eles pegaram um laser, ampliou sua luz até 1 cm de largura e, em seguida, enviou-a através de um dispositivo de microespelho digital (DMD), que é programável e funciona como um projetor de filmes. O chip DMD tem espelhos em escala de dois milhões de mícrons que são controlados individualmente usando voltagem elétrica. Usando um algoritmo desenvolvido por Shih, o chip DMD é programado para exibir um padrão de holograma. A luz produzida a partir do holograma DMD pode ter sua intensidade e fase exatamente controladas.

Em teste, a equipe foi capaz de manipular cada íon com a luz holográfica. Pesquisas anteriores lutaram com a conversa cruzada, o que significa que se um laser foca em um íon, a luz vaza nos íons circundantes. Com este dispositivo, a equipe caracteriza com sucesso as aberrações usando um íon como sensor. Eles podem então cancelar as aberrações ajustando o holograma e obter a menor conversa cruzada do mundo.

"Há um desafio em usar a tecnologia DMD disponível comercialmente, "Shih diz." Seu controlador é feito para projetores e litografia UV, não experimentos quânticos. Nosso próximo passo é desenvolver nosso próprio hardware para experimentos de computação quântica. "

O estudo, Endereçamento óptico holográfico reprogramável e de alta precisão de íons presos para controle quântico escalável, detalha o trabalho dos pesquisadores publicado na revista npj Quantum Information .