Оксфорд был выбран, чтобы привести один из четырех EPSRC-финансируемых ‘Центров’, смотрящих на различные аспекты квантовой технологии – в случае Оксфорда, формируя будущее квантовой организации сети и вычисления, к конечной цели развития функционирующего квантового компьютера.С тех пор Сетевые Квантовые Информационные технологии (NQIT – явный ‘N-комплект’) Центр, базирующийся в Оксфорде, но вовлечение почти 30 академических и промышленных партнеров, сосредотачивался на разрабатывании квантовых технологий, которые могли затмить вычислительную мощность сегодняшних суперкомпьютеров.
Новая статья Оксфордских исследователей, изданных в журнале Nature, демонстрирует, как работа Центра прогрессирует.Профессор Дэвид Лукас из Отдела Оксфорда Физики, соруководитель, с профессором Эндрю Стином, кванта ловушки иона вычислительная группа, объясняет: ‘Разработка «квантового компьютера» является одной из выдающихся технологических проблем 21-го века. Квантовый компьютер – машина, которая обрабатывает информацию согласно правилам квантовой физики, которые управляют поведением микроскопических частиц в масштабе атомов и меньший.
‘Важный момент – то, что это не просто различная технология для вычисления таким же образом нашей повседневной компьютерной работы; это – на очень фундаментальном уровне различный способ обработать информацию. Оказывается, что этот механический квантом способ управлять информацией дает квантовым компьютерам способность решить определенные проблемы намного более эффективно, чем какой-либо мыслимый обычный компьютер.
Одна такая проблема связана с ломкой безопасных кодексов, в то время как другой ищет большие наборы данных. Квантовые компьютеры естественно подходящие к моделированию других квантовых систем, которые могут помочь, например, нашему пониманию сложных молекул, относящихся к химии и биологии’.
Одна из ведущих технологий для строительства квантового компьютера поймана в ловушку атомные ионы, и основная цель проекта NQIT состоит в том, чтобы развивать учредительные элементы квантового компьютера на основе этих ионов.Профессор Лукас говорит: ‘Каждый пойманный в ловушку ион (единственный атом, с одним удаленным электроном) используется, чтобы представлять одну «квантовую часть» информации. Квантовыми состояниями ионов управляют с лазерными импульсами точной частоты и продолжительности. Две различных разновидности иона необходимы в компьютере: один, чтобы хранить информацию («кубит памяти») и один, чтобы соединить различные части компьютера через фотоны («интерфейсный кубит»)’.
Бумага Природы, ведущий автор которой – Научный сотрудник Юниора колледжа Магдалины Крис Баллэнс, демонстрирует существенный квант ‘логический вентиль’ между двумя различными разновидностями иона – в этом случае два изотопа кальция, богатого кальция изотопа 40 и редкий кальций изотопа 43.Профессор Лукас говорит: ‘Оксфордская команда ранее показала, что кальций 43 делает лучшую память единственного кубита когда-либо продемонстрированной через все физические системы, в то время как кальций, у 40 ионов есть более простая структура, которая является подходящей для использования в качестве «интерфейсного кубита». Логический вентиль, который был сначала продемонстрирован для ионов тех-же-самых-разновидностей в Валуне NIST (США) в 2003, позволяет информации о кванте быть переданной от одного кубита до другого; в данной работе кубиты проживают в двух различных изотопах, сохраненных в той же самой ловушке иона.
Оксфордская работа была первой, чтобы продемонстрировать, что этот тип логического вентиля возможен с требовательной точностью, необходимой, чтобы построить квантовый компьютер.’В хорошей части «науки ответвления» от этого технологического успеха, мы смогли выполнить «Тест звонка», первым использованием логического вентиля высокой точности, чтобы произвести запутанное государство двух ионов различных разновидностей, затем управления и измерения их независимо. Это – тест, который исследует нелокальную природу квантовой механики; то есть, то, что у запутанного состояния двух отделенных частиц есть свойства, которым не может подражать классическая система. Это было первым разом, когда такой тест был выполнен на двух различных разновидностях атома, отделенного много раз атомным размером’.
В то время как профессор Лукас предостерегает, что так называемая ‘лазейка местности’ все еще присутствует в этом эксперименте, нет сомнения, что работа – существенный вклад в растущий объем исследований, исследуя физику запутанности. Он говорит: ‘Значение работы для квантового вычисления пойманного в ловушку иона состоит в том, что мы показываем, что квантовые логические вентили между различными изотопическими разновидностями возможны, могут вестись относительно простой лазерной системой и могут работать с точностью вне так называемого «отказоустойчивого порога» точность приблизительно 99% – точность, необходимая, чтобы осуществить методы квантового исправления ошибок, без которого не может быть построен квантовый компьютер полезного размера’.В долгосрочной перспективе вероятно, что различные атомные элементы будут требоваться, а не различные изотопы.
В тесно связанной работе, изданной в той же самой проблеме Природы, Тингом Реем Таном и др., группа Хранения Иона NIST продемонстрировала другой тип квантового логического вентиля, используя ионы двух различных элементов (бериллий и магний).