Квантовые компьютеры и ультрахолодные атомы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В последние годы достигнут значительный прогресс в реализации квантовых компьютеров. Хотя целый ряд научных и технических проблем все еще требует решения, прежде чем практическое применение квантовых компьютеров станет возможным, существующие сейчас квантовые процессоры позволяют получать интересные результаты. Самыми перспективными физическими платформами для реализации квантовых вычислений в настоящее время считаются сверхпроводящие кубиты и ультрахолодные ионы. В то же время альтернативные физические системы, включающие ультрахолодные нейтральные атомы, обладают большим потенциалом. Атомные системы на сегодняшний день уступают сверхпроводящим в плане воспроизводимости результатов и параметров, но при этом могут быть реализованы в условиях лаборатории без доступа к самым передовым достижениям современной микроэлектроники.

Об авторах

И. И Бетеров

Институт физики полупроводников имени А.В.Ржанова СО РАН; Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики СО РАН

Email: beterov@isp.nsc.ru
Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Холево А.С. Некоторые оценки для количества информации, передаваемого квантовым каналом связи. Проблемы передачи информации. 1973; 9(3): 3–11.
  2. Bennett C.H. Logical reversibility of computation. IBM Journal of Research and Development. 1973; 17(6): 525–532. doi: 10.1147/rd.176.0525.
  3. Манин Ю.И. Вычислимое и невычислимое. М., 1980.
  4. Feynman R.P. Simulating physics with computers. International Journal of Theoretical Physics. 1982; 21: 467–488. doi: 10.1007/BF02650179.
  5. Анциферов В.В., Смирнов Г.И., Телегин Г.Г. О логических элементах квантово-механических компьютеров. Письма в журнал технической физики. 1995; 21(14): 43–46.
  6. Shor P.W. Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring. Proceedings of the 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (SFCS’94). IEEE Computer Society, USA, 1994; 124–134. doi: 10.1109/SFCS.1994.365700.
  7. Shor P.W. Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory. Physical Review A. 1995; 52(4): R2493–R2496. doi: 10.1103/PhysRevA.52.R2493.
  8. Monroe C., Meekhof D.M., King B.E. et al. Demonstration of a fundamental quantum logic gate. Physical Review Letters. 1995; 75(25): 4714–4717. doi: 10.1103/PhysRevLett.75.4714.
  9. Arute F., Arya K., Babbush R. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature. 2019; 574: 505–510. doi: 10.1038/s41586-019-1666-5.
  10. Preskill J. Quantum Computing in the NISQ era and beyond. Quantum. 2018; 2: 79–98. doi: 10.22331/q-2018-08-06-79.
  11. Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. М., 2006.
  12. Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Physical Review. 1935; 47(10): 777–780.
  13. Bell J.S. On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Physics. 1964; 1(3): 195–200.
  14. Deutsch D. Quantum theory, the Church–Turing principle and the universal quantum computer. Proceedings of the Royal Society A. 1985; 400: 97–117. doi: 10.1098/rspa.1985.0070.
  15. Harris R., Johansson J., Berkley A.J. et al. Experimental demonstration of a robust and scalable flux qubit. Physical Review B. 2010; 81(13): 134510. doi: 10.1103/PhysRevB.81.134510.
  16. Rønnow T.F., Wang Z., Job J. et al. Defining and detecting quantum speedup. Science. 2014; 345: 420–424. doi: 10.1126/science.1252319.
  17. King A.D., Raymond J., Lanting T. et al. Scaling advantage over path-integral Monte Carlo in quantum simulation of geometrically frustrated magnets. Nature Communications. 2021; 12: 1113. doi: 10.1038/s41467-021-20901-5.
  18. Preskill J. Quantum computing and the entanglement frontier. 2012. doi: 10.48550/arXiv.1203.5813.
  19. Neill C., Roushan P., Kechedzhi K. et al. A blueprint for demonstrating quantum supremacy with superconducting qubits. Science. 2018; 360: 195–199. doi: 10.1126/science.aao4309.
  20. Feng Pan, Pan Zhang. Simulation of quantum circuits using the big-batch tensor network method. Physical Review Letters. 2022; 128:030501. doi: 10.1103/PhysRevLett.128.030501.
  21. DiVincenzo D.P. Quantum computation. Science. 1995; 270: 255–261. doi: 10.1126/science.270.5234.255.
  22. Barends R., Quintana C.M., Petukhov A.G. et al. Diabatic gates for frequency-tunable superconducting qubits. Physical Review Letters. 2019; 123: 210501. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.210501.
  23. Gaebler J.P., Tan T.R., Lin Y. et al. High-fidelity universal gate set for 9Be+ ion qubits. Physical Review Letters. 2016; 117: 060505. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.060505.
  24. Jaksh D., Cirac J.I., Zoller P. et al. Fast quantum gates for neutral atoms. Physical Review Letters. 2000; 85: 2208-11. doi: 10.1103/PhysRevLett.85.2208.
  25. Letokhov V.S., Minogin V.G., Pavlik B.D. Cooling and trapping of atoms and molecules by a resonant laser field. Optics Communications. 1976; 19: 72–75. doi: 10.1016/0030-4018(76)90388-6.
  26. Chu S., Bjorkholm J.E., Ashkin A., Cable A. Experimental observation of optically trapped atoms. Physical Review Letters. 1986; 57(3):314–317. doi: 10.1103/PhysRevLett.57.314.
  27. Grimm R., Weidemüller M., Ovchinnikov Yu. Optical dipole traps for neutral atoms. Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2000; 42: 95–170. doi: 10.1016/S1049-250X(08)60186-X.
  28. Nogrette F. et al. Single-atom trapping in holographic 2D arrays of microtraps with arbitrary geometries. Physical Review X. 2014; 4: 021034. doi: 10.1103/PhysRevX.4.021034.
  29. Schlosser M., Tichelmann S., Kruse J. et al. Scalable architecture for quantum information processing with atoms in optical micro-structures. Quantum Information Processing. 2011; 10: 907. doi: 10.1007/s11128-011-0297-z.
  30. Saffman M., Walker T.G., Mølmer K. Quantum information with Rydberg atoms. Reviews of Modern Physics. 2010; 82: 2313. doi: 10.1103/RevModPhys.82.2313.
  31. Saffman M. Quantum computing with atomic qubits and Rydberg interactions: progress and challenges. Journal of Physics B: Atomic Molecular and Optical Physics. 2016; 49(20): 202001. doi: 10.1088/0953-4075/49/20/202001.
  32. Рябцев И.И., Бетеров И.И., Третьяков Д.Б. и др. Спектроскопия холодных ридберговских атомов рубидия для применений в квантовой информатике. Успехи физических наук. 2016; 182(2): 206–219. doi: 10.3367/UFNe.0186.201602k.0206.
  33. Бетеров И.И., Якшина Е.А., Третьяков Д.Б. и др. Реализация однокубитовых квантовых операций с индивидуальной адресацией двух атомов рубидия в двух оптических дипольных ловушках. Квантовая электроника. 2021; 51(6): 464–472.
  34. Isenhower L., Urban E., Zhang X.L. et al. Demonstration of a neutral atom controlled-NOT quantum gate. Physical Review Letters. 2010; 104(1): 010503. doi: 10.1103/PhysRevLett.104.010503.
  35. Levine H., Keesling A., Semeghini G. et al. Parallel implementation of high-fidelity multiqubit gates with neutral atoms. Physical Review Letters. 2019; 123(17): 170503. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.170503.
  36. Zhuo Fu, Peng Xu, Yuan Sun et al. High-fidelity entanglement of neutral atoms via a Rydberg-mediated single-modulated-pulse controlled-phase gate. Physical Review A. 2022; 105: 042430. doi: 10.1103/PhysRevA.105.042430.
  37. Evered S.J., Bluvstein D., Kalinowski M. et al. High-fidelity parallel entangling gates on a neutral atom quantum computer. 2023. doi: 10.48550/arXiv.2304.05420.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство «Наука», 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах