- Исследователи из MIT разработали фотонный чип, способный охлаждать ионы в 10 раз эффективнее традиционных методов.
- На чипе впервые реализовано поляризационно-градиентное охлаждение ионов, ранее доступное только отдельными лазерами.
- Такое решение может значительно облегчить масштабирование ионных квантовых компьютеров до тысяч кубитов.
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) и MIT Lincoln Laboratory совершили важный прорыв в области ионных квантовых компьютеров, представив новый фотонный чип для охлаждения захваченных ионов. Этот чип позволяет охлаждать ионы примерно за 150 микросекунд, достигая температуры в десять раз ниже обычного допплеровского предела. Подобное охлаждение не только ускоряет процесс, но и повышает точность квантовых вычислений.
В традиционных системах для охлаждения ионов используются внешние лазеры и громоздкие оптические установки, зачастую занимающие целые комнаты. Такие системы крайне чувствительны к вибрациям и другим внешним воздействиям, что затрудняет масштабирование устройств свыше нескольких десятков кубитов. В свою очередь, перенос охлаждающих элементов непосредственно на чип значительно упрощает архитектуру квантового компьютера и повышает его устойчивость к внешним помехам.
Разработанный MIT чип оснащён встроенными наноантеннами, которые формируют два пересекающихся лазерных луча с разной поляризацией. В месте пересечения создаётся вращающийся световой «вихрь», который эффективно подавляет движение ионов. Этот механизм известен как поляризационно-градиентное охлаждение: метод, который был впервые описан в 1989 году и стал частью работ, удостоенных Нобелевской премии в 1997 году. Однако интеграция этого метода непосредственно на чипе реализована впервые.
На текущем этапе новый фотонный чип позволяет охлаждать один ион. Руководитель проекта доктор Джелена Нотарос и её команда планируют провести дальнейшие эксперименты с многими ионами и исследовать различные архитектуры для чипов. Хотя для создания полноценных ионных квантовых компьютеров с тысячами кубитов ещё потребуется несколько лет интенсивной работы, данный результат является важным шагом к преодолению одного из серьёзных препятствий в масштабировании подобных систем.
