17 jul. 2019
2 minuten
Twee bouwstenen voor kwantumcomputers zijn zogeheten Rydbergatomen en gevangen ionen. Tot nu toe zijn deze systemen, die elk hun eigen voordelen hebben, onafhankelijk bestudeerd, maar natuurkundigen van het UvA-Institute of Physics hebben nu aangetoond dat de twee op een nuttige manier gecombineerd kunnen worden.
De resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review Letters.
Atomen zijn uitstekende qubits. Elk atoom van een bepaalde soort is namelijk exact hetzelfde als alle andere en dat voorkomt productiefouten bij het bouwen van een kwantumcomputer. Pogingen om kwantum-apparaten ‘atoom voor atoom’ op te bouwen, hebben zich in het verleden vooral gericht op het gebruik van ofwel kristallen van ionen, ofwel zogeheten Rydbergatomen als qubits. Rydbergatomen zijn atomen in hoog aangeslagen toestanden. Dat wil zeggen: met een elektron dat zich heel ver van de kern bevindt. Hierdoor kunnen deze atomen sterk wisselwerken met hun buren, een cruciaal ingrediënt voor het bouwen van kwantumcomputers.
Voordelen combineren
Zowel gevangen ionen als Rydbergatomen zijn al op verschillende manieren succesvol gebruikt om kleinschalige kwantumapparaten te maken. Elk van deze benaderingen heeft echter een aantal inherente nadelen. Zo is gebleken dat het erg moeilijk is om systemen van gevangen ionen op te schalen naar enkele honderden qubits, terwijl het Rydbergsysteem weer niet de gewenste nauwkeurigheid heeft weten te bieden voor het bouwen van een zinvolle kwantumcomputer. Dit leidt tot de vraag of de twee benaderingen wellicht op een gunstige manier gecombineerd kunnen worden in een enkel systeem, om zo de voordelen van elk systeem te kunnen gebruiken.
Natuurkundige Norman Ewald en zijn collega’s zijn er nu voor het eerst in geslaagd om interacties tussen Rydbergatomen en gevangen ionen waar te nemen. Ze dompelden losse gevangen ionen onder in een ultrakoude wolk van Rydbergatomen, slechts zo’n vijftien miljoensten van een graad boven het absolute temperatuurnulpunt. De onderzoekers konden meten dat de Rydbergatomen met het ion botsten met een frequentie die meer dan duizend keer zo groot was dan bij normale atomen het geval is, wat aangeeft dat er een sterke interactie is tussen ionen en atomen die bepaald wordt door de Rydbergexcitatie van die laatste. Ze lieten bovendien zien dat de aanwezigheid van een ion het spectrum van het Rydbergatoom – dat wil zeggen: zijn mogelijke aangeslagen toestanden – verandert. In het bijzonder hebben de wetenschappers ontdekt dat de aanwezigheid van een gevangen ion een overgang tussen aangeslagen toestanden toelaat die in andere omstandigheden onmogelijk is.
De resultaten vormen de eerste stappen op weg naar het kunnen beheersen van de interacties tussen Rydbergqubits en ionische qubits, en daarmee naar het bouwen van een hybride kwantumsysteem uit de twee bouwstenen.
Anderen lazen ook
