Европейские физики продемонстрировали работу ловушки Пеннинга для одиночного иона с точностью позиционирования порядка нескольких микрометров и временем когерентности порядка нескольких микросекунд. В ее основе лежит создание сильного магнитного поля с помощью микроскопического сверхпроводящего магнита. В перспективе такие устройства послужат строительными блоками для ионных квантовых компьютеров с подвижными кубитами.

Исследование опубликовано в Nature.

Среди множества физических платформ для реализации квантовых компьютеров массивы ионов, подвешенных в ловушках, выделяются большими временами когерентности (до одного часа) и высокой эффективностью квантовых операций. Мы подробно рассказывали про эту технологию в материале «Квантовое преследование».

Практическая реализация ионных кубитов зависит от множества параметров, например, используемых химических элементов. Важно также и то, как именно подвешены ионы. Так, популярность приобрели ловушки Пауля, в которых цепочку ионов удерживает радиочастотное поле. В последние года, однако, масштабирование этой технологии столкнулось с пределом, вызванным слишком сильным нагревом ионов со стороны радиоволн, а также трудностями при согласовании полей. Из-за этого размер достижимых ионных кристаллов существенно не превышает сотни частиц даже для двумерной упаковки.

Альтернативой ей стало удерживание ионов с помощью электро- и магнитостатических полей в ловушках Пеннинга, но этот подход требует дальнейшего усовершенствования контроля над положениями ионов в пространстве и миниатюризации, прежде чем можно приступать к созданию полноценного квантового компьютера.

На решение этой задачи направили свои усилия Шрейанс Джайн (Shreyans Jain) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и его коллеги из Германии и Швейцарии.