Os pesquisadores foram os pioneiros em uma técnica inovadora que usa lasers para controlar qubits individuais feitos de bário de forma mais robusta do que qualquer outro método conhecido atualmente. O controle confiável de qubits é um passo fundamental para a realização de futuros computadores quânticos funcionais.
O novo método, desenvolvido pelo Instituto de Computação Quântica (IQC) da Universidade de Waterloo, usa um pequeno guia de ondas de vidro para separar os feixes de laser e focalizá-los com quatro mícrons de distância, cerca de um quarto da largura de um fio de cabelo humano. A precisão e o grau de foco de cada feixe de laser no qubit alvo em paralelo são incomparáveis em pesquisas anteriores.
K. Rajibul Islam, professor do IQC e do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Waterloo, disse:"Nosso projeto limita a quantidade de crosstalk - a quantidade de luz que incide sobre íons adjacentes - a uma pequena intensidade relativa de 0,01%, que está entre os melhores do mundo quântico. Ao contrário dos métodos anteriores de controle ágil de íons individuais, os moduladores baseados em fibra não interagem entre si. "
"Isso significa que podemos conversar com qualquer íon sem afetar seus vizinhos, ao mesmo tempo em que maximizamos o controle de cada íon. Até onde sabemos, na academia e na indústria, este é o sistema de controle de qubit de íons mais flexível e com alta precisão."
Os lasers verdes são a energia certa para manipular os estados de energia dos íons de bário. Fonte: Universidade de Waterloo
Íons de bário: o novo favorito na computação quântica
Os íons de bário estão sendo alvo de cientistas à medida que se tornam cada vez mais populares no campo da computação quântica de íons aprisionados. Os íons de bário têm estados de energia convenientes que servem como zero e primeira ordem dos qubits e podem ser manipulados com luz verde visível, ao contrário de outros tipos de átomos, que requerem luz ultravioleta de maior energia para a mesma manipulação. Isso permite que os pesquisadores usem tecnologias ópticas disponíveis comercialmente, não disponíveis em comprimentos de onda ultravioleta.
Os pesquisadores criaram um chip guia de ondas que divide um feixe de laser em 16 canais ópticos diferentes. Cada canal é então direcionado para moduladores independentes baseados em fibra que fornecem controle flexível da intensidade, frequência e fase de cada feixe de laser de forma independente. O feixe de laser é então focado a uma pequena distância usando uma série de lentes ópticas semelhantes a telescópios. Os pesquisadores confirmaram seu foco e controle medindo cada feixe de laser usando sensores de câmera precisos.
Este trabalho faz parte de um esforço da Universidade de Waterloo para construir um processador quântico de íons de bário usando sistemas atômicos, disse o Dr. Crystal Senko, co-investigador principal do Islã, IQC e membro do corpo docente do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Waterloo. "Usamos íons porque eles são qubits idênticos, feitos naturalmente, então não precisamos produzi-los. Nossa tarefa é encontrar maneiras de controlá-los."
A abordagem inovadora do guia de ondas demonstra um método de controle simples, mas preciso, aumentando a esperança na manipulação de íons para codificar e processar dados quânticos, bem como para aplicações em simulações quânticas e computação.