İyon tuzağı kuantum bilgisayarların ölçeklendirilebilirliği

Anladığım kadarıyla, iyon tuzağı kuantum bilgisayarlarında iyonları yerinde tutmak için gereken manyetik alanlar çok karmaşıktır ve bu nedenle şu anda sadece 1 boyutlu bilgisayarlar mümkündür ve bu nedenle kübitler arasındaki iletişim kolaylığını azaltır. Bu baskı öncesi Paul tuzağı kullanan 2-d bir sistem için bir öneri var gibi görünüyor, ancak bunun gerçekten test edilip edilmediğini bulamıyorum.

İyon tuzağı kuantum bilgisayarlarının ölçeklenebilirliği tek başına buna bağlı mıdır (iyonlar düz bir çizgi dışındaki konfigürasyonlarda düzenlenip düzenlenemeyeceği) veya başka faktörler gerektiriyor mu? Birincisi ne gibi bir ilerleme kaydedildi? İkincisi ise, diğer faktörler nelerdir?

İyon tuzağı kuantum bilgisayarları iyonları elektrik değil manyetik alanlar kullanarak boş alanda tutarlar. Statik alanlar ( Earnshaw teoremi ) kullanarak bu mümkün değildir, bu yüzden alternatif bir alan kullanılır. Sonuç, iyonlar gibi yüklü parçacıkların minimum alan aramasıdır; bu tip iyon tuzağı aynı zamanda bir dört kutuplu tuzak olarak da adlandırılır, çünkü uzaydaki minimum değere sahip en basit (en düşük sıra) alan dört ayaklı bir alandır. İyonları bir noktaya veya bir çizgiyle sınırlayan alanları düzenlemek kolaydır ve iyon tuzağı kuantumbilgisayarları ikincisini kullanır. Ancak bu ölçeklenmez, çünkü hesaplamalar daha fazla iyon olduğunda ayırt edilmesi zorlaşan iyonların hareket modlarını içerir.

Bu yaklaşımı ölçeklendirilebilir hale getirmek için iki yaklaşım vardır: Işık (fotonlar) kullanarak veya iyonları bu tür doğrusal iyon tuzak bölümlerinden birine diğerine çevirerek iyon dizilerini birleştirin. Fotonları kullanmak özellikle zordur ve bir hata düzeltme eşiğine uyan bir kuantum bilgisayarı için şu anda çalışılabilir olmaktan uzaktır, bu yüzden kepenk iyonlarına odaklanalım.

Matematiksel olarak gerçek kuadrupol tuzakları kavşaklara sahip olacak şekilde inşa edilemez, ancak bu fizikçilerin bunları yapmalarını engellememiştir. İşin püf noktası, kavşağın merkezinde dörtlü bir tarla olmasını ayarlayamasa da, hala hapsedilebilir. Ve iyonları statik bir alan kullanarak sınırlı (alternatif) alana hafifçe sürerek, yeterince güçlü bir hapsedilebilir. Hatta bir kavşak boyunca böyle bir mekik hareketinin iyonu önemli ölçüde ısıtmadan (hareket durumunu değiştirmeden) mümkün olduğu gösterilmiştir.

Bu tür kavşaklarda, iyon tuzakları ölçeklenebilir.

Bu Schaetz et al, 2012 "Fizikte İlerleme Raporları" "Sıkışmış iyonlara sahip birçok vücut fiziğinin deneysel kuantum simülasyonları " ( semanticscholar'da alternatif bağlantı ) ' a göz atmak isteyebilirsiniz . Özetle: evet, iyonların düzenlenmesi ölçeklenebilirlik için önemli bir sınırlamadır, ancak hayır, konfigürasyonlar şu anda tek bir atom dizisiyle sınırlı değildir . Bu kağıt üzerinde, tek bir iyon, tek bir çizgi, bir zig-zag zinciri ve üç boyutlu bir yapı da dahil olmak üzere doğrusal bir RF tuzağının ortak bir sınırlandırma potansiyelinde lazerle soğutulmuş iyonların deneysel floresan görüntüleri için Şekil 3'ü kontrol edin.

Schaetz ve ark. Tarafından yukarıdaki makaledeki Şekil 3'ten: " Bir, iki ve üç boyutlu kristaller arasında yapısal radyasyon geçişleri, örneğin radyal eksenel bindirme frekanslarının oranı azaltılarak indüklenebilir. " inceleme yazıları mevcut olmalıdır, ancak bu tatmin edici olduğunu ilk bulduğum makale. Kuşkusuz, mevcut sonuçlar evrensel hesaplama yerine doğrudan simülasyonla ilgilidir, örneğin aynı makaledeki şekil 13'ten: " Doğrusal bir iyon zincirinden zikzak bir yapıya, yapısal bir faz geçişi sırasında deneysel parametrelerin adyabatik olmayan bir şekilde değiştirilmesi kristal, solitonları simüle etmek için uygun topolojik olarak korunan kusurlarla çerçevelenen etki alanlarında parçalanır. "

Aynı konuda ve aynı zamanda 2012'den itibaren, görülmeye değer başka bir makale , yüzlerce dönüşlü (arXiv versiyonu) ( Doğa versiyonu . ;. o bilgisayar evrensel kuantum ziyade kuantum simülasyon uzman uygulaması değil, Nitekim bu durumda yerine Paul tuzak bir Penning'in tuzak, ama yine de doğru tartışmasız deneysel ilerleme bir 2-B kapanında yerinde iyonları tutan ve böylece ölçeklenebilirliğe doğru ilerler.

Kendim tuzaklarda uzman değilim, ancak son zamanlarda (2017) bir konferansta ölçeklenebilirlik konusunda aldığım şey:

• Deneyciler, yarı kristal (zincirler, merdivenler, şeritler vb.) Merkezi bölgeler ve egzotik uçlar (örn. Tek bir atomda biten şeritler veya merdivenler) ile potansiyellerle oynarlar ve ilginç kombinasyonlar elde ederler.
• Popüler iyonların çoğunda [asal gaz] (Ca gibi ) tipinde bir konfigürasyon vardır , tercihen nükleer dönüş yoktur, ancak bu kolaylık ve basitlik içindir. Aşırı ince durumlara ve / veya daha karmaşık bir spin seviyesi yapısına (Yb = [Xe] f s ) erişim, iyon başına daha zengin bir Hilbert boşluğunun kapısını açar.+ + 14$s^1$$^+$$^+$$^{14}$$^2$
• Kolektif titreşimler, tüpler arası iletişimin temeli olarak kullanılır. Önceki noktada olduğu gibi, solunum modu benzersiz bir şekilde stabildir ve bu nedenle kullanımı uygundur, ancak diğer titreşimlere de erişilebilir ve daha ilginç interqubit iletişim şemalarına izin verir.

Deneyci değilim ve bu sistemleri çok derinlemesine incelememiş olsam da, benim (kaba) anlayışım şudur:

İyon tuzaklarında (az ya da çok) iyonları çizgiler halinde yakalamanız gerekir. Bununla birlikte, bu iletişim kolaylığı açısından bir sınırlama değildir, çünkü muhtemelen düşündüğünüz şey doğrusal bir sistemin en yakın komşu etkileşimleri olduğunda, yani her bir kübit sadece yakın komşularıyla etkileşime girebilir. İyon tuzaklarında bu doğru değildir, çünkü keyfi çiftlerin doğrudan etkileşime girmesi için tüm iyonların ortak bir titreşim moduna erişebilirsiniz. Yani aslında, bu gerçekten iyi.

Sorun saklayabileceğiniz kübit sayısıdır. Tuzağa ne kadar çok atom koyarsanız, enerji seviyeleri birbirine o kadar yakın olur ve onları kontrol etmek ve kapıları uygulamak için bireysel olarak adreslenmeleri zorlaşır. Bu, tek bir bindirme alanında sahip olduğunuz kubit sayısını sınırlama eğilimindedir. Bunu aşmak için (ve hata düzeltmesi için gerekli olan paralellik eklenmesi ile), insanlar uçan kübitlerle veya farklı bindirme bölgeleri arasındaki atomları kapatarak birden fazla ayrı bindirme bölgesinin etkileşimini sağlamak istiyorlar. Bu ikinci yaklaşım ilerlemektedir. Bu teori önerisidir, ancak temel bileşenleri gösteren kağıtları kesinlikle gördüm .