Физики создали кубит из радиоактивного изотопа бария

Физики создали кубит из радиоактивного изотопа бария

Одним из наиболее популярных типов кубитов в прототипах квантовых компьютеров являются ионы металлов, удерживаемые в специальной ионной ловушке с помощью лазерного охлаждения. Однако необходимая для удержания длина волны лазера приводит к снижению эффективности такого кубита. Чтобы решить эту проблему, американские физики предложили вместо стабильных изотопов в качестве кубитов использовать радиоактивный изотоп бария с большим периодом полураспада. Работа опубликована в Physical Review Letters.

Кубит — единичный элемент хранения информации в квантовом компьютере. В качестве кубитов чаще всего используются сверхпроводниковые кольца с джозефсоновским контактом или отдельные ионы, которые захватываются специальными ионными ловушками и удерживаются в них с помощью лазерного охлаждения. Подробно о кубитах в квантовых компьютерах мы писали в одном из наших недавних материалов.

Использовать в качестве кубитов ионы щелочноземельных (и подобных им по электронной структуре) металлов предложили из-за возможности довольно легко менять с помощью микроволнового излучения их сверхтонкую структуру. А меняя сверхтонкую структуру, можно управлять квантовым состоянием такого ионного кубита. Лучше всего для этого подходят ионы с полуцелым спином ядра, который приводит к формированию пары состояний, для которых проекции полного момента вдоль магнитного поля равна нулю. Кубиты с такими квантовыми состояниями оказываются хорошо защищены от магнитного поля и могут удерживать когерентное состояние дольше 10 минут. Однако из всех устойчивых изотопов лишь три иона — кадмия, ртути и иттербия — обладают нужным (полуцелым) спином ядра и такой электронной структурой, что длина волны лазера, необходимого для охлаждения, находится относительно близко к видимой области. Но для всех из этих ионов для охлаждения необходимо использовать коротковолновое ультрафиолетовое излучение, что не всегда возможно внутри сложных архитектур квантовых компьютеров, и сильно ограничивает расстояние, на которое может передаваться квантовая информация. 

В своей работе физики предложили вместо естественных изотопов использовать для создания кубита синтезированный искусственный изотоп бария-133 с временем полураспада около 10 лет. Ион 133Ba+ обладает уникальной комбинацией свойств: с одной стороны он обладает необходимым ядерным спином 1/2, а с другой — электронной структурой с энергией переходов в видимой части спектра.

В качестве источника бария ученые использовали кислотный раствор хлорида бария (II), содержащий 2 процента нужного изотопа. Из него с помощью лазерной абляции в ионные ловушки захватывались ионы бария. Основная трудность заключалась в том, чтобы удержать в ионной ловушке только необходимый изотоп бария-133 со спином 1/2. Для этого была использована частотная селективность лазерного нагревания и охлаждения. Используя различия в сверхтонкой структуре энергетических уровней ионов разных изотопов, ученые смогли таким образом удерживать в ионной ловушке правильные изотопы и выгонять из нее неправильные.

Зафиксировав в ионной ловушки только необходимые ионы 133Ba+, ученые смогли исследовать сверхтонкую структуру энергетических уровней нужного иона. Полученные спектры подтвердили, что такие ионы действительно можно использовать в качестве кубитов. При этом физикам удалось зарегистрировать ранее неизвестное сверхтонкое расщепление уровня 52D3/2.

Таким образом, было показано, что и ионы нестабильных изотопов могут быть использованы в качестве кубитов в квантовых компьютерах. Скорее всего, благодаря лазерному охлаждению с использованием излучения в видимой области, новая методика поможет создать более эффективные квантовые компьютеры, чем были предложены ранее на основе ионов иттербия.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Российские ученые создали миниатюрный ядерный генератор переменного напряжения
Уникальный ядерный источник энергии прослужит более 50 лет.Созданный российскими учеными элемент питания очень миниатюрен: длина всего 1 см, высота 0,5 см. Выдерживает температуры от минус 100С до плюс 150С. Он вырабатывает напряжение 10 вольт и выше. Из таких ячеек можно набрать ..
2016-03-16 2237 0 Технология
0
США впервые за 30 лет получили замену плутонию-238 из России
Окриджская национальная лаборатория в США впервые за последние 30 лет наработала плутоний-238. Получено 50 граммов вещества. Ранее этот радиоактивный изотоп, используемый в межпланетных миссиях, Соединенные Штаты закупали у России. Об этом сообщается на сайте лаборатории.Образец оксида плутония-238 произведен в виде порошка ..
2015-12-24 1009 0 Технология
0
Выбросы радиоактивного цезия с "Фукусимы-1" оказались вдвое больше, чем оценивалось ранее
Выбросы в атмосферу радиоактивных изотопов цезия после аварии на японской АЭС "Фукусима-1" в марте минувшего года оказались почти в два раза больше, чем оценивалось ранее. Таковы данные исследования, проведенного специалистами Метеорологического исследовательского института Японии (Japan Meteorological Research ..
2012-02-29 1075 0 Технология
0
Физики собрали квантовый канал связи рекордной длины
Физики впервые создали универсальный канал для работы квантового компьютера. Статья ученых появилась в Scientific American и Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News. Новое исследование носило сугубо прикладной характер. Ученые построили канал связи, который связал ..
2012-04-13 1087 0 Технология
0
Физики создали самые точные в мире атомные часы
Физики из США и Сингапура создали самые точные на сегодняшний день атомные часы в мире. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Livescience. Новые часы могут ошибиться на одну секунду за 15 миллиардов ..
2015-04-23 1343 0 Технология
2
Физики создали нанотермометры для замера температуры единичных клеток
Китайские и американские физики создали миниатюрные нанотермометры на основе так называемых квантовых точек, микроскопических источников света, при помощи которых можно отслеживать температуру клеток в организме и отдельных их частей, что поможет медикам бороться с инфекционными болезнями и воспалениями, говорится в статье, ..
2015-07-16 2766 0 Технология
0
Российские ученые предложили новую технологию утилизации ядерных отходов
Ученые из Томска существенно продвинулись в технологии твердотельной переработки отработанного ядерного топлива. Это необходимо для дешевой и компактной трансформации использованного радиоактивного горючего от атомных электростанций, сообщается на сайте Томского политехнического университета (ТПУ). В результате обработки получается керамический композиционный ..
2014-10-30 1129 0 Технология
0
Ученые используют квантовый скачок в системах связи
Ученые утверждают, что разгадали загадку создания сверхбыстрой беспроводной системы связи.Согласно последнему заявлению китайские исследователи смогли телепортировать кубит (стандартная единица данных в квантовых компьютерах) на 97 километров через озеро Цинхай ис-пользуя небольшой набор фотонов без помощи ..
2012-08-15 1138 0 Технология
0
Создан новый тип носителя информации
Американские физики предложили новый компактный носитель информации. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о нем сообщает издание EurekAlert!Физики создали трехмерный алмазный чип, в котором для хранения памяти используются азото-замещенные вакансии — один из дефектов кристаллической решетки, ..
2016-10-27 12624 0 Технология
0
Немцы создали световой переключатель из одной молекулы
Физикам из Германии удалось использовать свет для управления свойствами молекулы. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Advanced Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Констанцского университета. Физики создали световой переключатель из одной молекулы. Она связывает два золотых ..
2015-04-21 1151 0 Технология
0
В США создали сверхлегкий и прочный композиционный материал
Физики из США создали металлический композитный материал, который обладает высокой прочностью и малой массой. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко об этом сообщается на сайте Gizmodo.Композит создан из сплава магния и цинка. В него в жидком состоянии ..
2015-12-25 2171 0 Технология
0
Дефектный алмаз превратили в источник отдельных фотонов
Японские и европейские физики создали источник единичных фотонов на основе дефекта в алмазе, работающий при комнатной температуре. Статья ученых появилась в журнале Nature Photonics. В рамках работы рассматривались особые дефекты, именуемые NV-центрами, или азотно-замещенными вакансиями в алмазе. Это класс так называемых точечных дефектов, состоящих ..
2012-04-16 1281 0 Технология
0
Физики создали самые холодные молекулы
Американские ученые создали самые холодные молекулы, охладив газ из натрия и калия (NaK) до 500 нанокельвинов. Об открытии сообщается в журнале Physical Review Letters, а коротко о нем рассказывает издание Live Science. Физики давно размышляют о том, как ведет себя материя при сверхнизких температурах. ..
2015-06-16 1039 0 Технология
1
Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».Как было описано 26-го апреля 2012-го ..
2012-04-27 1526 0 Технология
0
Израиль продемонстрировал миру квантовую левитацию
Серия новых опытов в яркой и наглядной форме продемонстрировала зрителям удивительные квантовые эффекты. Парящие без видимой поддержки предметы - можно ли придумать что-то лучшее для того, чтобы обычный человек мог "пощупать" квантовую физику? Ученые из университета Тель-Авива поставили несколько ..
2011-10-23 1842 0 Технология
0