소규모 지하실 실험실에서 하버드 대학교 대학원생 인 해리 레빈 (Harry Levine)은 초등학교 컴퓨터를 1 초 내에 조립할 수 있습니다. 보이기에는 프로세서 칩이 없습니다. 그의 컴퓨터는 유리 셀에 성냥갑 크기의 크기가있는 51 루비듐 원자로 구동됩니다. 컴퓨터를 만들기 위해 그는 레이저를 51 개의 빔으로 분할하여 원자를 단일 파일로 줄입니다. 더 많은 레이저 (원자 당 사면 빔)는 거의 움직이지 않을 때까지 원자를 슬프게합니다. 그런 다음 또 다른 레이저 세트와 함께 원자를 동축하여 서로 상호 작용하고 원칙적으로 계산을 수행합니다.
그것은 Quantum 컴퓨터로, 제로와 동시에 중첩 상태에서 동시에 제로를 인코딩 할 수있는 "큐브"를 조작하는 컴퓨터입니다. 확장되면 특정 작업에서 기존 컴퓨터보다 훨씬 능가 할 수 있습니다. 그러나 양자 컴퓨팅의 세계에서 Levine의 장치는 다소 드문 일입니다. 실용적인 양자 장치를 구축하기위한 경주에서, 투자는 초전도 와이어의 작은 회로 및 양자점으로 알려진 작은 반도체 구조와 같이 실리콘에 구축 될 수있는 큐브에 크게 사라졌습니다. 이제 두 가지 최근의 연구는 Levine이 작동하는 큐빗의 약속 인 중성 원자를 보여주었습니다. 한 연구에서, Levine을 포함한 그룹은 두 개의 중성 원자로 만들어진 양자 논리 게이트가 그 어느 때보 다 훨씬 적은 오류로 작동 할 수 있음을 보여주었습니다. 그리고 연구자들은 신중하게 배열 된 원자의 3D 구조를 구축하여 3 차원을 활용하여 더 많은 큐 비트를 작은 공간에 포장 할 수 있음을 보여줍니다.
이 발전은 벤처 캐피탈 펀딩의 도착과 함께 중립 원자가 업 스윙에있을 수 있다고 제안했다. 앤더슨은“우리는 숙제를했다. "이것은 실제로 엔지니어링 경기장에 있습니다."
중성 원자는 전하가없고 다른 원자와 마지 못해 상호 작용하기 때문에 큐 비트가 열악한 것처럼 보입니다. 그러나 구체적으로 시간이 지정된 레이저 펄스를 사용함으로써 물리학자는 원자의 가장 바깥 쪽 전자를 자극하여 핵에서 멀리 이동하여 원자를 평소 크기의 수십억 배로 늘릴 수 있습니다. 이 소위 Rydberg 상태에서 원자는 이온과 비슷하게 행동하여 이웃 원자와 전자기 적으로 상호 작용하여 Rydberg 원자 자체가되지 않도록합니다.
물리학 자들은 계산을 수행하는 데 필요한 양자의 상호 의존성 상태 인 얽힘을 만들기 위해 그 행동을 악용 할 수 있습니다. 두 개의 인접한 원자가 중첩으로 여기되는 경우, 여기서 둘 다 부분적으로 Rydberg 상태에 있고 부분적으로는 접지 상태에 있으면 측정하면 원자를 하나 또는 다른 상태로 무너집니다. 그러나 원자 중 하나만이 rydberg 상태에있을 수 있기 때문에 원자는 다른 상태에 따라 하나의 상태와 함께 얽히게됩니다.
일단 얽히게되면 중성 원자가 몇 가지 고유 한 이점을 제공합니다. 원자는 품질 관리가 필요하지 않습니다. 정의에 따라 동일합니다. 그것들은 실리콘 기반 큐브보다 훨씬 작습니다. 즉, 이론적으로는 더 많은 큐빗을 작은 공간으로 포장 할 수 있습니다. 시스템은 실온에서 작동하는 반면, 초전도 큐브는 부피가 큰 냉동실 안에 배치해야합니다. 그리고 중성 원자는 쉽게 상호 작용하지 않기 때문에 외부 소음에 더 면역이되어 비교적 오랫동안 양자 정보를 유지할 수 있습니다. 매디슨 위스콘신 대학교의 물리학자인 마크 사프만 (Mark Saffman)은“중립 원자는 큰 잠재력을 가지고있다. "물리적 관점에서 [그들은] 더 쉬운 확장 성과 궁극적으로 더 나은 성능을 제공 할 수 있습니다."
.얽힌 원자
두 가지 새로운 연구는 이러한 주장을 강화합니다. 하버드의 물리학 자 미하일 루킨 (Mikhail Lukin)이 이끄는 더 나은 품질의 레이저 (Levine)와 그의 동료들은 시간의 2- 루비듐 원자 논리 게이트 97%를 정확하게 프로그래밍 할 수 있었으며 9 월 20 일에 물리 검토 편지에 출판 된 논문에서보고했다. . 이로 인해이 방법은 초전도 큐 비트의 성능에 더 가깝게 만들어졌으며, 이는 이미 99%이상의 충실도 속도를 달성합니다. 자연 에 발표 된 두 번째 연구에서 9 월 5 일, 파리 근처의 Charles Fabry Laboratory의 Antoine Browaeys와 그의 동료들은 72 개의 원자가 3D 배열에 대한 전례없는 수준의 제어를 보여주었습니다. 그들의 제어를 과시하기 위해, 그들은 심지어 원자를 에펠 탑의 모양으로 배열했습니다. 또 다른 인기있는 큐 비트 유형 인 이온은 비교적 작습니다. 그러나 그들은 서로 격퇴하기 때문에 이것을 밀도로 쌓을 수는 없으며, 캐나다 워털루 대학교의 물리학자인 Crystal Senko는 Ion Quantum Computers에서 일하는 것을 인정합니다.
.모든 사람이 확신하는 것은 아닙니다. 캐나다 토론토의 양자 컴퓨팅 회사 인 Xanadu의 물리학자인 Varun Vaidya는 다른 큐브와 비교할 때 Photon Qubits가있는 양자 장치를 구축합니다. "가장 큰 문제는 단지 원자를 붙잡는 것"이라고 그는 말했다. 원자가 제자리에서 떨어지면 Lukin의 자동 레이저 시스템은 1 초 이내에 원자를 재 조립할 수 있지만 Vaidya는이 장치가 여전히 더 긴 작업을 수행하는 것을 금지 할 수 있다고 말합니다. Senko는“지금은 아무도 최고의 큐 비트가 될지 아무도 모른다”고 말했다. "결론은 모두 문제가 있다는 것입니다."
그럼에도 불구하고 Coldquanta는 최근 6,750 만 달러의 벤처 자금을 받았습니다. 캘리포니아 버클리에 위치한 또 다른 스타트 업인 Atom Computing은 5 백만 달러를 모금했습니다. 벤 블룸 (Ben Bloom) CEO는이 회사가 칼슘과 스트론튬과 같은 루비듐의 전자 대신 두 개의 원자가 전자가있는 원자로 만든 큐이트를 추구 할 것이라고 밝혔다. 블룸은이 원자들이 더 많은 수명 큐 비트를 허용 할 것이라고 믿는다. 루킨은 또한 자신의 그룹의 기술을 상업화하는 데 관심이 있다고 말합니다.
Saffman의 그룹뿐만 아니라 신생 기업은 완전히 프로그래밍 가능한 양자 컴퓨터를 구축하는 것을 목표로하고 있습니다. 현재 Lukin은 자신의 그룹이 큐 비트를 특정 방식으로 준비하고 자연스럽게 진화 할 수 있도록 특정 최적화 문제를 해결하는 데 특화된보다 제한된 종류의 컴퓨터 인 양자 시뮬레이터 구축에 집중하기를 원합니다. Levine은 예를 들어, 그의 그룹의 장치는 통신 엔지니어들이 비용을 최소화하고 적용 범위를 극대화하기 위해 라디오 타워를 배치 할 위치를 파악하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. Levine은“우리는이 장치들에 유용한 일을하려고 노력할 것입니다. "사람들은 여전히 양자 시스템이 무엇을 할 수 있는지 아직 모른다."
내년 또는 2 년 안에 그와 그의 동료들은 중립 원자 장치가 답을 전달할 수 있다고 생각합니다.
