大型量子计算机的光缆

ETH的研究人员展示了一种对原子执行敏感的量子运算的新技术。在这种技术中，控制激光直接在芯片内部传送。这应该使基于被捕获的原子构建大规模量子计算机成为可能。

在演示过程中，用激光指示器在屏幕上击中特定的点并不容易，即使是最轻微的手颤抖也会在远处变成一大笔小字。现在想象一下必须同时使用多个激光笔进行操作。这正是物理学家试图使用单个被捕获的原子构建量子计算机所面临的问题。它们也需要瞄准激光束(在同一设备中数百束甚至数千束激光束)，精确地对准几米，以便照射仅几微米大小的包含原子的区域。任何不必要的振动都会严重干扰量子计算机的运行。

在苏黎世的ETH，乔纳森·霍姆(Jonathan Home)和他在量子电子研究所的同事们展示了一种新方法，该方法可以使他们以稳定的方式将多束激光束精确地从芯片内传递到正确的位置，甚至可以对原子进行精细的量子运算。

瞄准量子计算机

三十多年来，制造量子计算机一直是物理学家的宏伟目标。被困在电场中的带电原子(离子)被证明是量子计算机使用的量子位或量子位的理想候选者。到目前为止，以这种方式可以实现包含大约十二个量子位的微型计算机。“但是，如果要构建几千个量子比特的量子计算机，这对于实际相关的应用可能是必要的，那么当前的实现方式会遇到一些主要障碍，”霍姆实验室的博士后，最近发表的该研究的第一作者Karan Mehta说。在自然科学杂志上。本质上，问题是如何将几束激光束从激光器发射到真空设备中，并最终击中低温恒温器内的靶心，在低温恒温器中，离子阱被冷却至比绝对零值高几度的温度，以最大程度地减少热干扰。

具有集成波导的离子阱。用于控制两个捕获离子的激光(红色)(蓝色)被传送到芯片内部的离子阱。图片来源：Chiara Decaroli / ETH Zurich

光学设置成为障碍

Mehta解释说：“在当前的小型系统中，常规光学已经成为噪声和误差的重要来源，并且在试图扩大规模时变得更加难以管理。” 一个增加的量子比特越多，控制量子比特所需的激光束光学器件就越复杂。“这就是我们方法的用武之地”，博士学位的张哲补充道。霍姆小组的学生说：“通过将微小的波导集成到包含用于捕获离子的电极的芯片中，我们可以将光直接发送到那些离子。这样，低温恒温器或设备其他部分的振动所产生的干扰要小得多。”