Briti NPL Kvanttuvastuse Töörühm (National Physical Laboratory Quantum Detection Group) valmistas esmakordselt monoliitse 3D mikro-ioonlõksude kaskaadi, mida saab tööstuslikult skaleerida kümnetel ioonidel põhinevaks kvantbitiks. Teadustöö publitseeriti ajakirjas Nature Nanotechnology. Artiklis kirjeldatakse kvantbitt-süsteemi pooljuhtkiibi valmistamist ning seadme suutlikkust üksikute ioonide lõksustamisel.
Ioonide mikrolõks
Sarnaselt NPL-ile on Suurbritannia NMI (National Measurement Institute) teadlased huvitatud aine kvantolekute kasutamisest sageduse ja aja mõõtmismeetodite täpsustamiseks. Antud teadustöö rakendused võivad olla aga hoopis laiema spektriga. Seadet saaks kasutada kvantarvutites, mille algoritmid teostatakse omavahel lõimunud kvantolekutega kvant-bittide ehk kvibitite abil. Näiteks on suurte arvude faktoriserimine kvantalgoritmide alusel oluliselt kiirem kui klassikaliste algoritmidega.
Varem on uuritud skaleeritavaid 2D kaskaadidest koosnevaid ioonlõkse. Ent 3D lõksu geomeetria võimaldab ioone paremini püüda. Ruumilise seadme valmistamine tugineb kahemõõtmelise juhu kahe omaduse, lõksustamisvõime- ja potentsiaali reguleeritavuse, säilitamisele. 2D seadmel tehtud teadustöö on aga skaleerimisel eranditult üht omadust kahest kompromiteerinud, eelkõige tootmisprotsesside tõttu.
NPL töörühma valmistatud 3D mikro-ioonlõks kombinerib pea ideaalse ruumilise geomeetria skaleeritava tootmisprotsessiga. Artikli põhjal ületab mikrokiip põhiliste tööfunktsioonide poolest kõiki seniseid skaleeritavad ioonlõks-seadmed.
Tehnoloogia arendati välja pooljuhttööstuses kasutatavast kvartsi ja räni komposiitsubstraadist. Töörühm suutis ühte lõksu püüda üksikuid ioone ning kuni 14 laetud osakesest koosnevaid ahelaid. Tootmismeetod peaks aga võimaldama haarata oluliselt suuremat hulka ioone, säilitades samas üksikute ioonide lõksustamise võime.
Nanotehnoloogia kiire eduloo tõttu on klassikaliste protsessorkiipide arvutusvõimsus kasvanud vastavalt Moore’i seadusele. Kvantprotsessorid on aga alles lapsekingades. NPL arendatud seade on üks võimalikest meetoditest ioonpõhiste kvibitite skaleerimiseks, mis oleks kvantarvutite arengus oluline samm edasi.
„Suutsime valmistada teadusliku tööriista, mis on ülioluline tippteaduse loomisel ning kvanttehnoloogia arengus. Seade võib omada olulist rolli tuleviku aatomkellade ehituses. Aatomkellasid kasutatakse näiteks positsioneerimisel, aja mõõtmisel ja tulevikus ilmselt kvantarvutite kiipides,“ kommenteeris NPL teadustöötaja Alastair Sinclair.
Allikas: PhysOrg