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Mar 28, 2023

量子コンピューティングのダイナミック デュオ: イオン トラップとシングルの融合

Di National Institute of Standards and Technology, 10 maggio 2023 Lo dicono i ricercatori

米国国立標準技術研究所、2023 年 5 月 10 日

研究者らは、量子コンピューティング システムを改善するために、イオン トラップと単一光子検出器を組み合わせたデバイスを開発しました。 新しいデバイスは、検出器の底部にアルミニウムバリアを組み込むことで、イオントラップと光子検出器間の要件の競合の問題を克服し、検出器の性能を損なうことなく高電圧の使用を可能にします。 この NIST のイノベーションは、Applied Physics Letters に掲載されました。 クレジット: NIST

A combined ion trap and single-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photon detector device has been developed to improve quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">量子コンピューティング システムでは、複数のイオンを追跡する際の以前の課題を克服して処理能力を向上させています。 このデバイスは、イオン トラップと光子検出器の両方のニーズのバランスをとるためのアルミニウム バリアを備えています。

私たちはイオンを捕捉し、その発光 (あるいは発光しない) を観察するためのツールを構築しています。

ここに示されているアールデコ風のデバイスは、イオン (荷電原子) のトラップと個々の光子 (光の粒子) の検出器を組み合わせたものです。 イオンを所定の位置に保持してレーザーを当てると、その量子状態に応じて、イオンは光って光子を放出するか、何もせず暗闇に留まります。

しかし、私たちは光のショーで五分五分の確率を得るためにこのプロセスを経ているわけではありません。

イオンが発光するか発光しないかの確率は、コンピューティングの将来に大きな影響を与えます。 量子コンピューターは、古典的なコンピューターが動作するために使用する二進法における 0 と 1 に似た、これら 2 つの量子状態に値を割り当てることができます。

これまでのベストプラクティスは、大型の特注顕微鏡レンズと大型の単一光子検出器を使用して、捕捉されたイオンが発光するかどうかを識別することでした。 小規模な規模ではこれで十分ですが、量子コンピューティング システムが (処理能力を追加するために) 多くのイオンを一度に追跡する必要がある場合、技術的な問題が発生します。 イオンが見えなくなったり、画像が歪んだりする可能性があります。

NIST の研究者は、潜在的な代替手段を持っているだけでなく、それをより現実的なものにしました。

当社の複合イオントラップ/単一光子検出器は、かさばる装置の必要性を取り除き、システム内のすべてのイオンを明確に表示できる可能性を維持します。

以前のバージョンでは、個性が競合するという課題に直面していました。 トラップはイオンを所定の位置に保持するために電極に大きな電圧を必要としましたが、検出器ははるかに繊細であり、大きな電気信号のない環境を好みました。

Now, our team has crafted a version with an aluminum barrier around the bottom of the detector. The ion trap can use large voltages, and the detector can keep its peace. Get the specifics on this NIST innovation in the research paper, published in Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">応用物理学の手紙。

参考文献：「トラップイオン量子ビット状態読み出しに対する高周波耐性が向上したトラップ統合型超伝導ナノワイヤ単一光子検出器」Benedikt Hampel、Daniel H. Slichter、Dietrich Leibfried、Richard P. Mirin、Sae Woo Nam、Varun B. Verma 著2023 年 4 月 24 日、Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0145077