Teamは、今までに作られたものの中で最も大きな256キュービットシミュレータを開発します。
Harvard-MIT Ultracold Atomsセンターや他の大学の物理学者チームは、256の量子ビットまたは「キュービット」として機能することができるプログラム可能な代わりシミュレータとして知られている特殊なタイプの量子コンピュータを開発した。
このシステムは、複雑な両者のプロセスのホストに光を照らして、最終的に材料科学、通信技術、金融、その他の多くの分野で、実際の技術革新を取得するために使用することができる大規模な量子力学を構築するための重要なステップです。 今日最速のスーパーコンピュータの機能を超え、研究の障害を克服します。 Qubitsは量子コンピュータが実行されている基本的な構成要素であり、膨大な処理能力の源です。
Harvard Quantum Initiativeの共同責任者イジャイ研究の主執筆者の一人George Vasmer Leverett物理学の教授であるMikhail Lukinは「これは、今まで誰も行ったことがない新しい領域にこの分野を移動させます。」と言いました。 2021年7月7日ジャーナルに掲載 自然。 「我々は、量子の世界の全く新しい部分に進入しています。 “
Dolev Bluvstein（左から）、Mikhail LukinとSepehr Ebadiはプログラミング可能な代わりシミュレータとして知られている特殊なタイプの量子コンピュータを開発した。 Ebadiはプログラム可能な光ピンセットを作成することができる装置を配置しています。 クレジット：Rose Lincoln / Harvard Staff Photographer
芸術と科学大学院の物理学の学生がザイ研究の主著者であるSepehr Ebadiによると、システムの前例のない大きさとプログラミングの可能性の組み合わせで、量子コンピュータの競争の先頭に立つようになり、処理能力を大幅に向上させるために、ごく小さな規模の物質の神秘的な属性。 適切な状況でキュービットの増加は、システムが標準的なコンピュータが実行されている既存のビットより指数関数的に、より多くの情報を保存して処理することができることを意味します。
「256キュービットだけ可能量子状態の数は、太陽系の原子数を超えています。」とEbadiは、システムの広大なサイズを説明しました。
既にシミュレータを使用して、研究者は、以前に実験的に実現されなかった物質のいくつかのエキゾチックな量子状態を観察し、両者のレベルで自分がどのように動作するかの教科書の例になるほど正確な両者の位相転移研究を行うことができました。
それらを順次フレームに配列して、単一の原子の画像を撮りこと研究者は、面白い原子ビデオを作成することもできます。 クレジット：Lukinグループの礼儀
これらの実験は、物質の属性の基礎となる量子物理学のための強力な洞察力を提供し、科学者にエキゾチックな属性を持つ新しい物質を設計する方法を示すことができます。
このプロジェクトは、研究者が2017年に開発したプラットフォームの大幅アップグレードされたバージョンを使用して51キュービットサイズに到達することができました。 この古いシステムを介して研究者は、超低温ルビジウム原子を捕捉して光ピンセットという1次元配列の個々の焦点レーザービームを使用して、特定の順序で配列することができました。
この新しいシステムは、原子が光ピンセットの2次元配列に組み立てることができます。 これは達成可能なシステムのサイズを51から256のキュービット増加させます。 研究者は、ピンセットを使用して原子を欠陥のないパターンに配置して、正方形、ハニカムまたは三角形格子などのプログラミング可能な形を作って、キュービットとの間の様々な相互作用を設計することができます。
Dolev BluvsteinはRydberg原子を制御して紛糾する420mmレーザーを確認します。 クレジット：ハーバード大学
Ebadiは「この新しいプラットフォームの主力は、空間光変調器と呼ばれる装置です。この装置は、光学波面を形成して、数百個の個別に焦点を当てた光ピンセットビームを生成するために使用されます。 「これらのデバイスは、画面上に画像を表示するために、コンピュータ、プロジェクタの内部で使用されるデバイスと本質的に同じですが、私たちは、両者のシミュレータの重要な構成要素として採用しました。」
光ピンセットの原子の初期ロードは、ランダムであり、研究者は、原子をターゲット形状に配列するために原子を動かなければします。 研究者は、第二の移動光ピンセットのセットを使用して原子を目的の場所に集めて、初期ランダムに削除しました。 レーザーは、原子キュービットの位置と一貫性のある両者の操作を完全に制御することができるようにします。
この研究の他の上級著者ではマサチューセッツ工科大学の教授であるVladanVuletićと、このプロジェクトに参加したハーバード大学教授Subir SachdevとMarkus Greiner、そしてStanford、University of California Berkeley、University of Innsbruck in Austria、Austrianの科学者たちがいます。 ボストンの科学アカデミーとQuEra Computing Inc.
「私たちの仕事は、より大きく、よりよい量子コンピュータを作るための非常に強烈で可視性が高いグローバルレースの一部です。」とハーバード物理研究院がザイ論文の著者の一人Tout Wangは言いました。 “全体的な努力 [beyond our own] 関連最高学術研究機関とGoogle、IBM、Amazonや他の多くのメーカーの主要な民間部門の投資があります。 “
研究者は、現在のキュービットのためのレーザー制御を改善し、システムをよりプログラム可能にさせてシステムを改善するために努力しています。 彼らはまた、異種の形態の両者物質を調査することから、キュービットに自然にエンコードすることができる挑戦的な現実の世界の問題を解決することに至るまで、システムが新しいアプリケーションにどのように使用することができるか、積極的に探求しています。
「この作業は、多くの新たな科学的方向を可能にします。」とEbadiは言いました。 「私たちは、このようなシステムで実行できる操作の限界に近づいていません。」
参照：Sepehr Ebadi、Tout T. Wang、Harry Levine、Alexander Keesling、Giulia Semeghini、Ahmed Omran、Dolev Bluvstein、Rhine Samajdar、Hannes Pichler、Wen Wei Ho、チェスンウォン、数ビルダ削除デフ、マルクスそのライナー、ブラダン火レティ値、ミハイルD.ルキン、2021年7月7日、 自然。
DOI：10.1038 / s41586-021-03582-4
この作業は、Center for Ultracold Atoms、National Science Foundation、Vannevar Bush Faculty Fellowship、アメリカエネルギー省、海軍研究室、陸軍研究所MURIとDARPA ONISQプログラムのサポートを受けました。
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