ความสามารถในการปรับขนาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมดักจับไอออน


13

ความเข้าใจของฉันคือสนามแม่เหล็กที่ต้องใช้ในการจับไอออนที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมดักจับไอออนมีความซับซ้อนมากและด้วยเหตุนี้ในปัจจุบันมีคอมพิวเตอร์เพียง 1-D เท่านั้นที่เป็นไปได้จึงลดความสะดวกในการสื่อสารระหว่าง qubits ดูเหมือนจะมีข้อเสนอสำหรับระบบ 2 มิติโดยใช้กับดัก Paul ในบทความนี้แต่ดูเหมือนว่าฉันจะไม่พบว่าสิ่งนี้ได้รับการทดสอบจริงหรือไม่

ความสามารถในการปรับขยายของคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับดักควอนตัมนั้นขึ้นอยู่กับสิ่งนี้เพียงลำพัง (ไม่ว่าไอออนจะถูกจัดเรียงในรูปแบบอื่นนอกเหนือจากเส้นตรง) หรือไม่ก็ตาม หากก่อนหน้านี้มีความคืบหน้าอะไรบ้าง? หากหลังสิ่งที่เป็นปัจจัยอื่น ๆ ?

คำตอบ:


7

คอมพิวเตอร์ควอนตัมดักจับประจุไอออนในพื้นที่ว่างโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า นั่นเป็นไปไม่ได้โดยใช้ฟิลด์คงที่ ( ทฤษฎีบท Earnshaw ) ดังนั้นจึงใช้ฟิลด์อื่น ผลคืออนุภาคที่มีประจุเช่นไอออนหาค่าต่ำสุดในสนาม กับดักไอออนชนิดนี้จะเรียกว่ากับดัก quadrupole เพราะเขตที่ง่ายที่สุด (ลำดับต่ำสุด) ที่มีพื้นที่น้อยที่สุดคือสนามสี่ส่วน มันเป็นเรื่องง่ายที่จะจัดเรียงฟิลด์ที่ จำกัด อิออนไม่ว่าจะเป็นจุดเดียวหรือต่อแถว แต่นี่ไม่ได้ปรับขนาดเนื่องจากการคำนวณเกี่ยวข้องกับโหมดการเคลื่อนที่ของไอออนซึ่งยากที่จะแยกแยะเมื่อมีไอออนมากขึ้น

มีสองวิธีในการทำให้วิธีนี้สามารถปรับขนาดได้: สตริงคู่ของไอออนไม่ว่าจะใช้แสง (โฟตอน) หรือโดยการปิดการทำงานของไอออนจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่งของตัวจับเชิงเส้นของไอออนเชิงเส้น การใช้โฟตอนนั้นยากและไกลเกินกว่าจะใช้งานได้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ตรงตามเกณฑ์การแก้ไขข้อผิดพลาดดังนั้นให้เรามุ่งเน้นไปที่การปิดระบบไอออน

กับดัก quadrupole จริงทางคณิตศาสตร์ไม่สามารถสร้างขึ้นเพื่อให้มีจุดตัด แต่นั่นไม่ได้หยุดนักฟิสิกส์จากการทำให้พวกเขาต่อไป เคล็ดลับก็คือแม้ว่าจะไม่สามารถจัดให้มีสนามสี่จุดที่กึ่งกลางของสี่แยกได้ แต่ก็สามารถกักตัวได้ และด้วยการขับไอออนเล็กน้อยลงในฟิลด์ confining (alternating) โดยใช้สนามคงที่หนึ่งสามารถรับการคุมขังที่แข็งแกร่งเพียงพอ มันแสดงให้เห็นว่าแม้กระทั่งการกลับไปกลับมาดังกล่าวข้ามสี่แยกเป็นไปได้โดยไม่ต้องให้ความร้อนไอออนอย่างมีนัยสำคัญ (เปลี่ยนสถานะการเคลื่อนที่ของมัน)

ด้วยการแยกเช่นนี้กับดักไอออนสามารถปรับขนาดได้


มีส่วนหนึ่งเกี่ยวกับช่องโหว่ในบทความเกี่ยวกับทฤษฎีบท earnshaws ... มีใครบ้างที่จะนำไปใช้?
snulty

@snulty ไม่น่าเสียดายไม่มีใครสมัครที่นี่
ปิรามิด

7

คุณอาจต้องการตรวจสอบ Schaetz et al นี้รายงานความคืบหน้าในวิชาฟิสิกส์ของปี 2012 " การจำลองควอนตัมเชิงทดลองของฟิสิกส์หลายตัวพร้อมกับไอออนที่ติดอยู่ " ( ลิงก์สำรองใน semanticscholar ) สรุป: ใช่การจัดเรียงของไอออนเป็นหนึ่งในข้อ จำกัด ที่สำคัญในการขยายขีดความสามารถ แต่ไม่มีการกำหนดค่าไม่ได้ จำกัด อยู่ในปัจจุบันเพื่อบรรทัดเดียวของอะตอม บนกระดาษนั้นตรวจสอบรูปที่ 3 สำหรับภาพแสงฟลูออเรสเซนซ์ของไอออนเลเซอร์ที่เย็นลงในศักยภาพที่ จำกัด ของกับดัก RF แบบเชิงเส้นรวมถึงไอออนเดี่ยวบรรทัดเดียวห่วงโซ่ซิกแซกและโครงสร้างสามมิติ

จากรูปที่ 3 ในกระดาษข้างต้นโดย Schaetz et al: " การเปลี่ยนเฟสของโครงสร้างสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นระหว่างผลึกหนึ่ง - สอง - และ - สามมิติเช่นโดยการลดอัตราส่วนของรัศมีกับความถี่การดักตามแนวแกน " ฉันแน่ใจว่าล่าสุด ควรมีเอกสารตรวจสอบ แต่นี่เป็นครั้งแรกที่ฉันพบว่าพอใจ เป็นที่ยอมรับว่าผลลัพธ์ในปัจจุบันเป็นเรื่องเกี่ยวกับการจำลองโดยตรงมากกว่าการคำนวณแบบสากลเช่นจากรูปที่ 13 ในกระดาษเดียวกัน: " การเปลี่ยนพารามิเตอร์การทดลองที่ไม่ใช่แบบอะเดียแบติกในช่วงการเปลี่ยนเฟสเชิงโครงสร้างจากห่วงโซ่เชิงเส้นของไอออน คริสตัลแตกตัวในโดเมนกรอบข้อบกพร่องที่ได้รับการคุ้มครองทอพอโลยีที่เหมาะสมกับการจำลองโซลิตัน "

ในหัวข้อเดียวกันและจากปี 2012 กระดาษอีกอันที่ควรค่าใช้จ่ายคือการออกแบบการโต้ตอบสองมิติแบบไอซิงในเครื่องจำลองควอนตัมดักจับไอออนที่มีสปินนับร้อย (เวอร์ชั่น arXiv) ( เวอร์ชั่นธรรมชาติ ) คุณมีภาพทดลองเป็นรูปที่ 1 มันเป็นกับดัก Penning ในกรณีนี้มากกว่ากับดักของ Paul แน่นอนว่ามันไม่ใช่การคำนวณเชิงควอนตัมสากล แต่เป็นการประยุกต์เฉพาะของการจำลองควอนตัม แต่ก็ยังเป็นความคืบหน้าในการทดลองต่อประจุไอโอนิกและทำให้ก้าวหน้าต่อการขยายขีดความสามารถ

ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในกับดัก แต่นี่คือสิ่งที่ฉันได้รับในการปรับขนาดได้ในการประชุม (2017) เมื่อเร็ว ๆ นี้:

  • นักทดลองเล่นกับศักยภาพและบรรลุการผสมผสานที่น่าสนใจด้วยโซนกลางที่เป็นผลึก (โซ่, บันได, ริบบิ้นและอื่น ๆ ) และเคล็ดลับแปลกใหม่ (เช่นริบบิ้นหรือบันไดที่เสร็จสิ้นในอะตอมเดียว)
  • s1++142
  • การสั่นสะเทือนแบบรวมถูกใช้เป็นพื้นฐานของการสื่อสาร interqubit เช่นเดียวกับในจุดก่อนหน้านี้โหมดการหายใจนั้นมีความเสถียรไม่เหมือนใครและใช้งานได้สะดวก แต่การสั่นสะเทือนอื่น ๆ ก็สามารถเข้าถึงได้และจะช่วยให้แผนการสื่อสาร interqubit น่าสนใจยิ่งขึ้น

6

ในขณะที่ฉันไม่ใช่นักทดลองและยังไม่ได้ศึกษาระบบเหล่านี้ในเชิงลึกความเข้าใจ (หยาบ) ของฉันคือ

ในกับดักไอออนคุณ (มากหรือน้อย) ต้องดักจับไอออนในเส้น อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่ข้อ จำกัด ในแง่ของความสะดวกในการสื่อสารเพราะสิ่งที่คุณอาจคิดคือเมื่อระบบเชิงเส้นมีการสื่อสารกับเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดคือแต่ละ qubit สามารถโต้ตอบกับเพื่อนบ้านได้ทันที ในกับดักอิออนสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงเพราะคุณสามารถเข้าถึงโหมดการสั่นทั่วไปของไอออนทั้งหมดเพื่อให้คู่โต้ตอบโดยพลการโดยตรง ดังนั้นจริงๆแล้วมันดีมาก

ปัญหาคือจำนวน qubits ที่คุณสามารถเก็บได้ ยิ่งคุณใส่อะตอมกับดักมากเท่าไหร่ระดับพลังงานของพวกมันก็จะยิ่งใกล้กันมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งยากที่จะแยกแยะที่อยู่เพื่อควบคุมและใช้ประตู วิธีนี้มีแนวโน้มที่จะ จำกัด จำนวนของ qubits ที่คุณมีในพื้นที่การดักจับเดียว ในการหลีกเลี่ยงปัญหานี้ (และด้วยโบนัสที่เพิ่มขึ้นของการขนานซึ่งจำเป็นสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด) ผู้คนต้องการสร้างพื้นที่การดักที่แตกต่างกันหลายอย่างไม่ว่าจะด้วยการบิน qubits หรือโดยการปิดอะตอมระหว่างพื้นที่การดักที่แตกต่างกัน วิธีที่สองนี้ดูเหมือนจะดำเนินไปอย่างมาก นี่เป็นข้อเสนอทางทฤษฎี แต่ฉันเห็นเอกสารที่แสดงส่วนประกอบพื้นฐานแล้ว

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.