Atom logam ytterbium-171 mungkin merupakan perkara yang paling hampir dalam alam semula jadi dengan qubit yang sempurna. Kajian terbaru menunjukkan cara menggunakannya untuk pengukuran kuantum berulang dan putaran qubit, yang mungkin membantu dalam pembangunan pengkomputeran kuantum berskala.
Ahli fizik di Universiti Illinois Urbana-Champaign telah membangunkan prosedur untuk mengukur ytterbium-171 qubit yang mengekalkannya untuk kegunaan masa hadapan. Seperti yang dilaporkan penyelidik dalam jurnal Kuantum PRX, mencapai "pengukuran tidak musnah" ini membolehkan mereka menggunakan pemproses untuk pengiraan berbilang peringkat yang panjang yang menyokong banyak algoritma kuantum.
"Ytterbium-171 telah muncul sebagai calon yang sangat menjanjikan untuk pengkomputeran kuantum dalam beberapa tahun kebelakangan ini," kata William Huie, pengarang utama kajian itu. "Dan sekarang setelah kami telah menunjukkan pengukuran yang tidak merosakkan dan putaran qubit, kami telah menunjukkan bahawa tatasusunan atom ytterbium menunjukkan janji untuk kelas operasi pengkomputeran kuantum tertentu."
Daripada banyak platform pengkomputeran kuantum yang sedang diterokai, susunan atom neutral seperti ytterbium adalah salah satu yang paling menjanjikan. Mereka mudah untuk menskalakan kepada saiz sistem yang besar, dan, kerana mereka menggunakan atom yang wujud secara semula jadi, terdapat sedikit kebimbangan perkakasan dan pembuatan. Walau bagaimanapun, jenis atom tertentu lebih sukar digunakan kerana ia mempunyai struktur tahap yang kompleks.
"Pengkomputeran kuantum adalah berdasarkan qubit—pada asasnya sistem kuantum dengan dua tahap yang boleh diakses," kata Jacob Covey, seorang profesor fizik U. I. dan ketua projek. "Bagaimanapun, untuk semua kelebihannya, atom boleh mempunyai berpuluh-puluh tahap yang boleh diakses. Ia boleh menjadi agak mencabar untuk memastikan anda bekerja dengan hanya dua peringkat pada satu masa.”
Ytterbium-171 telah menarik perhatian dalam beberapa tahun kebelakangan ini kerana ia hanya mengandungi dua tahap kuantum yang boleh diakses apabila disejukkan kepada keadaan tenaga terendahnya. Jadi, operasi pada atom adalah jauh lebih kecil kemungkinannya untuk mengetuknya keluar daripada keadaan qubit dua peringkat yang dikehendaki, menjadikan pengukuran tidak musnah lebih mudah.
"Tetapi, mungkin agak berlawanan dengan intuisi, sifat-sifat ini yang sangat bagus untuk operasi kuantum datang dengan mengorbankan struktur keseluruhan yang jauh lebih rumit dalam atom," kata Covey. "Kami dan kumpulan lain yang bekerja dengan ytterbium dan atom seperti bumi beralkali yang lain terpaksa membangunkan semula banyak teknik standard sekarang dalam fizik atom untuk menangani komplikasinya."
Para penyelidik melaporkan bahawa mereka mencapai ukuran tidak merosakkan ytterbium-171 qubit dengan kadar kejayaan 99%. Mereka menunjukkan keupayaan sistem mereka dengan melaksanakan teknik yang dikenali sebagai kawalan penyesuaian masa nyata, di mana komputer klasik digunakan untuk mengawal qubit ytterbium berdasarkan hasil pengukuran.
"Algoritma berdasarkan qubit yang dikawal secara luaran oleh komputer klasik telah mula mendapat daya tarikan dalam sains maklumat kuantum," kata Huie. “Komuniti mendapati bahawa mengukur dan mengawal qubit pada peringkat pertengahan pengiraan boleh mewujudkan tingkah laku kuantum berskala besar dengan lebih cekap dalam beberapa senario. Jadi, melihat ke hadapan, kumpulan kami teruja untuk menggunakan platform ytterbium kami untuk menerokai perkembangan baharu ini.”