Arquitetura de informação quântica habilitada pelo transporte coerente de átomos neutros. a, Em nossa abordagem, os qubits são transportados para realizar portas emaranhadas com qubits distantes, permitindo conectividade programável e não local. O transporte de átomos é realizado por meio de pinças ópticas, com alto paralelismo em duas dimensões e entre múltiplas zonas permitindo manipulações seletivas. Inset:os níveis atômicos usados. Os estados de qubit |0⟩, |1⟩ referem-se ao mF = 0 estados de relógio de
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Rb, e |r⟩ é um estado Rydberg usado para gerar emaranhamento entre qubits (Dados Estendidos Fig. 1b). b, Imagens de átomos ilustrando o transporte coerente de qubits emaranhados. Usando uma sequência de portas de um e dois qubits, os pares de átomos são preparados no |Φ
+
⟩ Estado de Bell (Métodos), e são separados por 110 μm em um intervalo de 300 μs. c, As oscilações de paridade indicam que o movimento não afeta observavelmente o emaranhamento ou a coerência. Tanto para as medições em movimento quanto para as estacionárias, a coerência do qubit é preservada usando uma sequência de desacoplamento dinâmico XY8 para 300 μs (Métodos). d, Fidelidade do estado de Bell medida em função da velocidade de separação acima de 110 μm, mostrando que a fidelidade não é afetada para um movimento mais lento que 200 μs (velocidade média de separação de 0,55 μm μs
−1
). Inserção:a normalização pela perda de átomos durante o movimento resulta em fidelidade constante, indicando que a perda de átomos é o mecanismo de erro dominante. Crédito:Natureza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04592-6
Duas equipes de pesquisadores trabalhando de forma independente mostraram a viabilidade de usar átomos neutros para criar circuitos quânticos - ambos publicaram esboços de seu trabalho na revista
Nature . Um dos grupos, com membros da Universidade de Wisconsin, Madison, ColdQuanta e Riverlane, executou com sucesso um algoritmo em um computador quântico de átomo frio pela primeira vez. O segundo grupo, com membros de Harvard, MIT, QuEra Computing Inc., Universidade de Innsbruck e Academia Austríaca de Ciências, mostrou que era possível construir um processador quântico baseado no transporte coerente de matrizes atômicas emaranhadas. Hannah Williams, da Universidade de Durham, publicou um artigo News &Views na mesma edição da revista descrevendo pesquisas recentes sobre o uso de átomos neutros para criar circuitos quânticos e o trabalho realizado pelas duas equipes nesses esforços recentes.
À medida que a pesquisa para construir um computador quântico verdadeiro e utilizável progrediu, vários projetos evoluíram - os dois principais concorrentes envolvem o uso de qubits baseados em íons presos ou campos eletrostáticos. Mas ambas as abordagens provaram ser difíceis de escalar para grandes sistemas. Por isso, alguns pesquisadores passaram a estudar a possibilidade de usar átomos neutros em um computador desse tipo. A vantagem de tal abordagem, como observa Williams, é que seria muito mais fácil escalar para sistemas muito maiores – conjuntos de centenas de átomos neutros já foram usados para criar portas lógicas. Nos dois novos esforços, ambas as equipes de pesquisa mostraram que é possível usar essa abordagem para criar circuitos multi-qubit; eles apenas fizeram isso de maneiras diferentes.
Ambas as equipes codificaram os qubits em suas máquinas em um estado de baixa energia, mas diferiram em como lidaram com eles. Uma equipe emaranhou átomos que não eram adjacentes uns aos outros usando pinças ópticas para movê-los e depois os usou para demonstrar que a abordagem poderia ser usada para realizar um estado de informação quântica bem estabelecido. A outra equipe emaranhado pares de qubits usando feixes de laser para criar um complexo de seis qubits em um estado Greenberger-Horne-Zeilinger. Eles então usaram seu sistema para executar dois algoritmos quânticos – um que media a energia molecular de um determinado átomo, o outro para trabalhar no problema MaxCut.
O trabalho de ambas as equipes sugere que o uso de átomos neutros para criar circuitos quânticos é uma opção viável para mais pesquisas focadas na criação de um computador quântico funcional.
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