Atomcsapda kvantum­számító­gépekhez

Újabb lépést jelent a kvantumszámítógépek felé az az eszköz, ami egy 3D-s tömbben több száz atom eltárolására képes, miközben egyenkénti hozzáférést biztosít az atomokhoz.

Sokan kutatják a kvantumszámítógépeket, melyek kvantumrészecskék, mint fotonok, elektronok és atomok segítségével dolgozzák fel az adatokat. Minden részecske egy bitnyi kvantuminformációt, úgynevezett kubitet hordoz, melyek a kvantum mechanika különös törvényeinek köszönhetően összehasonlíthatatlanul nagyobb sebességgel végezhetnék el a műveleteket, mint a hagyományos számítógépek.

Egy német kvantumszámítógép

Azonban míg a hagyományos számítás­tech­ni­ká­ban a lekicsinyítés okoz problémákat, itt pont a felnagyítás jelenti a legnagyobb kihívást, aminek a kulcsa a részecskék nagy tömegben történő foglyul ejtése és egyenkénti megcímzése. A Pennsylvania Állami Egyetem csoportja ezen a területen ért el jelentős előrelépést. A David Weiss, Karl Nelson és Xiao Li által alkotott csapat az atomok egy optikai rácson történő csapdába ejtését valósította meg.

A rács sötét és világos sávokból áll, ami két lézersugár találkozásakor keletkezik. Az atomok a sávok szegélyei között ragadnak meg, mint a ping-pong labdák a tojástartóban. A módszer nem új, viszont lényeges különbség a múltban alkalmazott optikai rácsokhoz képest az a hatalmas tömb, melyben az atomok egyenként is vizsgálhatók. Eddig a hasonló rácsok egy- vagy kétdimenziósak voltak és csupán kisszámú atom befogadására voltak alkalmasak. Az új rácshoz a kutatók három lézert használtak, így érve el egy 3D-s változatot, melyben 250 cézium atomot sikerült csapdába ejteniük. A kutatók ezután rétegenként lefotózták a tömbben elhelyezkedő atomokat, ezzel bizonyítva, hogy minden egyes atomra rálátásuk van.

"Ha nem látjuk őket akkor sokkal nehezebb az egyenkénti manipulálásuk" - nyilatkozott Weiss a New Scientist magazinnak. Az egyenkénti hozzáférés azért lényeges, mert a kvantumszámítógépek az atomok egyenkénti címzésének képességén alapulnak. Ezt a címzést Weiss és társai egy rendkívüli finomságú lézersugárral kívánják elérni, mellyel megváltoztatják az adott atom energiaállapotát, és kapcsolatot teremtenek a szomszédos atomokkal. Ennek hatására az atomok a kvantumszámítások elvégzéséhez elengedhetetlen, keveredésként ismert kvantumfizikai állapotba lépnek.

A nagy tömb jelentős mértében hozzájárul az olyannyira kritikus felnagyításhoz, birtokában már komolyan fontolóra vehető a semleges atomok kubitekkénti alkalmazása, melyből rengeteg kell a kvantumszámításokhoz.