Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) представили новый метод охлаждения захваченных ионов с использованием фотонных чипов. Разработка позволяет охлаждать ионы до температур примерно в 10 раз ниже предела стандартного лазерного охлаждения и может упростить создание масштабируемых ионных квантовых компьютеров.
Квантовые компьютеры на захваченных ионах требуют сверхнизких температур для стабильной работы и снижения ошибок вычислений. В существующих системах для этого используются внешние лазеры и сложные оптические установки, размещенные за пределами криостата. Такие решения занимают много места, чувствительны к вибрациям и плохо подходят для масштабирования.
Новый подход основан на использовании фотонного чипа, который излучает и направляет свет непосредственно к иону. Исследователи впервые реализовали на таком чипе метод охлаждения с градиентом поляризации. Он использует два пересекающихся световых пучка с разной поляризацией, которые в месте пересечения образуют устойчивую световую структуру и более эффективно подавляют колебания иона.
Для этого был разработан фотонный чип с наноразмерными антеннами и волноводами, обеспечивающими стабильное формирование световых пучков.
Мы смогли спроектировать интегрально-фотонные устройства с разнообразной поляризацией, использовать их для создания ряда новых систем на основе интегральной фотоники и применить их для демонстрации очень эффективного охлаждения ионов. Однако это лишь начало того, что мы можем сделать с помощью этих устройств
Эксперименты показали, что новый метод позволяет достичь температур, близких к доплеровскому пределу, примерно за 100 микросекунд, что в несколько раз быстрее ранее применявшихся способов охлаждения. Это важно для выполнения быстрых и точных квантовых операций.
Исследователи также подчеркнули, что разработка открывает возможности для масштабирования ионных квантовых систем. Результаты работы опубликованы в журналах Physical Review Letters и Light: Science and Applications.
Ранее Наука Mail рассказывала, как проблемы с финансами стимулируют отказ от курения.
