(Phys.org) —Os físicos construíram um dos primeiros elementos básicos de um computador quântico de íons Rydberg preso:um portão Rydberg de um único qubit. A conquista ilustra a viabilidade de construir este novo tipo de computador quântico, que tem o potencial de superar os problemas de escalabilidade enfrentados pelas abordagens atuais de computação quântica.

Os físicos, Gerard Higgins, Markus Hennrich, e seus co-autores na Universidade de Estocolmo e na Universidade de Innsbruck, publicaram um artigo sobre seus resultados com íons de Rydberg isolados em uma edição recente da Cartas de revisão física .

Atualmente, um dos maiores desafios enfrentados pelos computadores quânticos é aumentar o número de qubits emaranhados usados ​​em cada porta lógica, que é essencial para a computação quântica prática. O escalonamento é tão difícil em parte porque as portas multiqubit comumente usadas em sistemas de íons aprisionados sofrem com o problema de "aglomeração espectral" à medida que o número de qubits aumenta. Contudo, os sistemas de íons Rydberg presos são imunes ao aglomerado espectral, o que levanta a possibilidade de que os computadores quânticos feitos de qubits de íons Rydberg presos possam oferecer uma nova rota para a realização de computadores quânticos escaláveis.

No estudo atual, os pesquisadores construíram o primeiro portão Rydberg de um único qubit, e eles esperam que seja possível estender a versão de um qubit para uma porta Rydberg de dois qubit, e continuar a adicionar mais qubits no futuro.

A fim de construir o portão Rydberg de um qubit, os físicos precisavam demonstrar, pela primeira vez, a excitação Rydberg coerente de um íon. Este foi um processo de duas etapas no qual eles começaram com um íon estrôncio confinado em uma armadilha. Usando lasers, eles excitaram o íon de um estado qubit baixo para um primeiro estado excitado, e, por sua vez, excitou esse estado para um estado Rydberg de energia ainda mais elevada. Os estados de Rydberg são considerados estados exóticos da matéria, como um dos elétrons de valência (mais externos) do íon é excitado para um orbital de alta energia e localizado tão longe do núcleo que mal se liga ao íon.

A principal conquista aqui é que este estado Rydberg foi alcançado de uma forma coerente, que é necessário para construir portas Rydberg multiqubit. Ao combinar a excitação Rydberg coerente com métodos de manipulação de qubit, os pesquisadores puderam então demonstrar o portão Rydberg de um qubit.

"Este trabalho mostra que os íons Rydberg podem ser controlados de forma coerente, e muitos dos fenômenos interessantes que são explorados com átomos de Rydberg neutros também podem ser explorados neste sistema, talvez com vantagens adicionais devido ao controle excepcional que os pesquisadores têm sobre os sistemas de íons de aprisionamento em comparação com os sistemas de átomos presos, "Higgins disse Phys.org .

Além de suas vantagens potenciais de escalabilidade, futuros computadores quânticos de íons Rydberg presos também podem ter vantagens, como bom controle de qubit e operação de porta rápida. Os pesquisadores planejam investigar melhor essas possibilidades no futuro.

"Em seguida, queremos medir fortes interações entre dois íons Rydberg, e usar isso para emaranhar íons, "Higgins disse." Os íons Rydberg presos têm o potencial de ser usados ​​para gerar estados emaranhados muito grandes.

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