خلاصه خبر:
محققان با پرداختن به عمر محدود اتم‌های ریدبرگ، در محاسبات و شبیه‌سازی کوانتومی پیشرفت کردند. آنها با موفقیت اتم های ریدبرگ دایره‌ای یک فلز قلیایی خاکی را با استفاده ازtweezerهای نوری تولید و به دام انداختند. حالت‌های دایره‌ای ریدبرگ، پایداری و طول عمر بیشتری داشته که آنها را کاندیدای جذابی برای کیوبیت میکند. این تیم با استفاده از یک کاواک برای سرکوب تشعشعات پس‌زمینه و استفاده از حداکثر تکانه زاویه‌ای حالت‌های دایره‌ای، به طول عمر تا 2.55 ms در دمای اتاق دست یافت. آنها همچنین کنترل دقیق و دستکاری یک کیوبیت مایکروویو کدگذاری شده در حالت های دایره ای را نشان دادند. این پیشرفت راه را برای شبیه سازهای کوانتومی قدرتمند و معماری های مقیاس پذیر بر اساس اتم خنثی باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه اشتوتگارت با پرداختن به یک محدودیت کلیدی که طول عمر محدود این اتم ها است، به پیشرفت قابل توجهی در شبیه سازی کوانتومی و محاسبات کوانتومی با استفاده از اتم های Rydberg دست یافته اند.حالت‌های دایره‌ای ریدبرگ به عنوان یک راه‌حل امیدوارکننده ظاهر شده‌اند که پایداری بیشتر و طول عمر بیشتری را برای بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) ارائه می‌دهد. تیم تحقیقاتی با موفقیت اتم‌های ریدبرگ دایره‌ای یک فلز قلیایی خاکی را در مجموعه‌ای از tweezer های نوری تولید و به دام انداختند، پیشرفتی که درها را برای شبیه‌سازهای کوانتومی قدرتمندتر باز میکند.
اتم های ریدبرگ دایره ای، که در آن الکترون برانگیخته یک مسیر دایره ای را در اطراف هسته اتم دنبال می کند، در مقایسه با سایر حالت های ریدبرگ، پایداری و طول عمر بیشتری دارند. استرانسیوم، یک فلز قلیایی خاکی با خواص منحصر به فرد، برای ایجاد اتم ریدبرگ انتخاب شد. این تیم تولید حالت‌های دایره‌ای پر انرژی یک ایزوتوپ استرانسیوم را با طول عمر شگفت‌انگیز تا 2.55 میلی‌ثانیه در دمای اتاق نشان دادند. آنها با استفاده از یک کاواک برای سرکوب تشعشعات مزاحم پس‌زمینه و با استفاده از حداکثر تکانه زاویه‌ای حالت‌های دایره‌ای برای محافظت از آنها در برابر فروپاشی به این امر دست یافتند.
محققان همچنین به کنترل و دستکاری دقیق کیوبیت مایکروویو کدگذاری شده در حالت های دایره ای دست یافتند که آنها را قادر می ساخت تا کیوبیت را بین حالت های مختلف بدون از دست دادن اطلاعات کوانتومی آن تغییر دهند. آنها طول عمر کیوبیت را تعیین کردند و بینش های ارزشمندی در مورد پایداری آن در دمای اتاق به دست آوردند. کنترل منسجم موثر برای انجام عملیات کوانتومی دقیق و قابل اعتماد بسیار مهم است.
اتم های ریدبرگ دایره ای طیف وسیعی از امکانات را برای شبیه سازی و عملیات کوانتومی ارائه می دهند. آنها را می توان در tweezer های نوری یا سایر تله ها به دام انداخت و دستکاری کرد، که پتانسیلی برای معماری های مقیاس پذیر و ساخت سیستم های بیت کوانتومی بزرگ بر اساس اتم های خنثی فراهم می کند.
این یافته‌ها گامی مهم در جهت غلبه بر محدودیت‌های طول عمر اتم ریدبرگ در محاسبات و شبیه‌سازی کوانتومی است. استفاده از حالت‌های دایره‌ای ریدبرگ برای پیشبرد میدان و تحقق شبیه‌سازهای کوانتومی قوی‌تر با پایداری و زمان‌های همدوسی طولانی‌تر نویدبخش است.
منبع
C. Hölzl et al, Long-Lived Circular Rydberg Qubits of Alkaline-Earth Atoms in Optical Tweezers, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.021024
