Квантовый скачок: новая метаповерхность прокладывает путь к квантовым компьютерам на 100 000 кубитов

Американские физики представили инновационный метод улавливания отдельных атомов, который может проложить путь к квантовым компьютерам со 100 000 кубитами. Это на два порядка быстрее, чем у современных квантовых машин. Новый подход сочетает в себе две технологии: оптические пинцеты и плоские оптические устройства, известные как метаповерхности.

Обычно для создания лазерных ловушек, удерживающих атомы, используются громоздкие устройства — пространственные модуляторы света. Эти системы накладывают ограничения на размер массивов атомов, которые могут быть захвачены. Команда Колумбийского университета обошла это ограничение, разработав метаповерхность — плоское устройство, покрытое структурами нанометрового размера. Эти «пиксели» формируют желаемые шаблоны захвата падающих лазерных лучей, делая всю систему компактной и потенциально масштабируемой.

Исследователи успешно продемонстрировали работу метода, захватив около 1000 атомов стронция. Более того, они создали метаповерхность, способную генерировать 360 000 отдельных оптических пинцетов, что на два порядка превышает возможности нынешних технологий. Самая большая метаповерхность, которую им удалось изготовить, диаметром 3,5 миллиметра содержит более 100 миллионов пикселей и создает массив ловушек размером 600 на 600.

«Атомы — это кубиты природы, которые полностью идентичны и существуют в огромных количествах. Проблема всегда заключалась в том, чтобы найти способ манипулировать ими в больших масштабах», — сказал он.

объясняет Аарон Холман, один из ведущих авторов исследования.

Разработанные метаповерхности изготовлены из богатых кремнием нитрида кремния и диоксида титана, пишет Phys. Они чрезвычайно сильны и могут противостоять лазерному излучению, интенсивность которого в миллион раз превышает интенсивность солнечного света на Земле.

Чтобы реализовать весь потенциал технологии, команде понадобятся более мощные лазеры, чем они имеют сейчас. Но это достижимая задача, убеждены ученые. Они уже продемонстрировали универсальность платформы, расположив атомы в различных конфигурациях, включая квадратную решетку, квазикристаллические узоры и даже форму, напоминающую Статую Свободы.

Помимо квантовых вычислений, эта технология может найти применение в квантовых симуляторах для моделирования сложных физических систем и в оптических атомных часах для сверхточного измерения времени.