ببین
دانشمندان با شناسایی و دستکاری موفقیت آمیز یون های خاکی کمیاب در نانوذرات، به پیشرفت قابل توجهی در سخت افزار کوانتومی دست یافته اند. این تحقیق که توسط تیمی در ICFO (موسسه علوم فوتونیک) رهبری می‌شود، پیامدهای مهمی برای توسعه پردازنده‌های کوانتومی پیشرفته و شبکه‌های کوانتومی دارد.
این تیم بر روی نانوذرات دوپ شده با اربیوم متمرکز شد که حاوی تقریباً 1000 یون اربیوم بود و فوتون‌هایی را در طول موج 1536 نانومتر ساطع می‌کرد. با قرار دادن نانوذرات در یک حفره فیبر و استفاده از تقویت پورسل (Purcell enhancement)، آنها به یک برهمکنش کارآمد نور-ماده دست یافتند و سرعت انتشار یون ها را افزایش دادند.
محققان توانستند به طور انتخابی یون‌های منفرد را در نانوذرات شناسایی کنند و بر چالش یون‌های متراکم با طیف‌های همپوشانی غلبه کنند. حجم کوچک نانوذرات باعث می شود که چگالی یونی بالایی داشته باشد در حالی که قابلیت تمایز بین یون های منفرد را حفظ می کند. این پیشرفت، امکاناتی را برای ساخت سیستم‌های پردازش اطلاعات کوانتومی در مقیاس نانو باز می‌کند.
برای نشان دادن حضور یک فرستنده واحد، این تیم ویژگی‌های طیفی را مشاهده کردند که اشباع نرخ شمارش انتشار و عرض خط، مشخصه سیستم‌های دو سطحی را نشان می‌دادند. آنها همچنین انتشار یک یون منفرد را برای میدان ساطع شده تایید کردند، که مقدار g اندازه گیری شده در آن نشان دهنده عدم وجود تشخیص فوتون به طور همزمان است.
سیستم کاملاً یکپارچه فیبر توسعه یافته توسط محققان، گامی مهم به سمت سخت افزار کوانتومی عملی است. توانایی شناسایی و دستکاری یون‌های منفرد در نانوذرات، مسیری را به سمت پردازنده‌های کوانتومی با صدها کیوبیت در حجم نانو فراهم می‌کند. علاوه بر این، این سیستم ها را می توان به طور موثر با فوتون های منفرد جفت کرد و شبکه های کوانتومی را در فواصل طولانی امکان پذیر کرد.
این یافته ها نویدبخش کاربردهای مختلف در پردازش اطلاعات کوانتومی است. به عنوان مثال، یون های اربیوم می توانند به عنوان کیوبیت های ارتباطی برای اتصال پردازنده های کوانتومی عمل کنند، در حالی که گونه های دیگر می توانند کیوبیت های پردازشی را ارائه دهند. توانایی دستکاری و کنترل یون‌های خاکی کمیاب به شیوه‌ای مقیاس‌پذیر، ما را به تحقق فناوری‌های کوانتومی آینده نزدیک‌تر می‌کند.
این پیشرفت راه را برای پیشرفت‌های بیشتر در سخت‌افزار کوانتومی هموار می‌کند و امکانات جدیدی را برای ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی، ارتباطات از راه دور و توسعه پردازنده‌های کوانتومی قدرتمندی که قادر به مقابله با مشکلات پیچیده محاسباتی هستند، فراهم می‌کند.
منبع
Chetan Deshmukh et al, Detection of single ions in a nanoparticle coupled to a fiber cavity, Optica (2023). DOI: 10.1364/OPTICA.491692
