מבנה אחוד מזכוכית סיליקה משלב דיוק ייצור עם ביצועים של מלכודות תלת־ממדיות. החוקרים הדגימו לכידת יונים כבדים וחימום נמוך, אך זו תשתית ניסויית ולא מחשב קוונטי מסחרי חדש.
בניית ניסוי קוונטי תלויה לעיתים בפרטים הנדסיים קטנים: דיוק מיקום האלקטרודות, פינוי חום והיכולת לכוון לייזרים אל אטומים טעונים. חוקרים מאוניברסיטת רייס ועמיתיהם פיתחו מלכודת יונים תלת־ממדית בעלת מבנה אחוד. המלכודת נועדה לשלב כמה מן היתרונות של מלכודות קיימות ולהקל על שחזורה במעבדות.
המחקר פורסם ב־13 באוקטובר ב־Physical Review Applied. בין החוקרים אבישק מנון, פרופ' גווידו פגאנו ורומן ז׳ורבל. בעבודה השתתפו גם צוותים נוספים, ובהם חוקרים מאוניברסיטת דיוק ומחברת Translume.
אטומים טעונים ככלי מחקר
יון הוא אטום בעל מטען חשמלי. שדות חשמליים יכולים להחזיק יונים במקום, ולייזרים מאפשרים לשלוט במצביהם ובאינטראקציות ביניהם. במערכת הדמיה קוונטית, החוקרים מכוונים את האינטראקציות כך שייצגו מערכת אחרת שקשה לחשב.
יש להבחין בין כלי ניסויי לבין שימוש מסחרי. מערכת המדמה בעיה קוונטית מוגדרת אינה בהכרח מחשב כללי שמסוגל לבצע כל אלגוריתם. גם שיפור ברכיב מרכזי אינו מוכיח יתרון חישובי בפני עצמו.
מבנה אחוד במקום הרכבה ידנית
מלכודות מסוג להבים יכולות להציע ביצועים טובים, אך ההרכבה הידנית מקשה על דיוק ועל שחזור. מלכודות שבב מציעות ייצור מדויק ומודולרי, אך יש בהן פשרות הנדסיות אחרות.
המבנה החדש מיוצר מסיליקה מותכת באמצעות עיבוד בלייזר וחריטה כימית, ולאחר מכן מצופה במתכת. המטרה היא גאומטריה תלת־ממדית מדויקת שתוכל לעבוד במתחי תדר רדיו גבוהים וללכוד גם יונים כבדים.
לפי הודעת רייס, נדרשו שלושה דורות של תכנון. בדורות המוקדמים הופיעו בעיות תרמיות וחשמליות, ובהמשך גם תנועה בלתי רצויה וחימום יונים. הגרסה שנבדקה שילבה פינוי חום משופר וטיפול פני שטח.
מה נמדד במערכת?
החוקרים בדקו יוני איטרביום. המרחק בין היון לאלקטרודות במלכודת הוא 250 מיקרומטר, כלומר רבע מילימטר. במאמר דווח על קצב חימום תנועתי נמוך של 1.1 קוונטים לשנייה, בתנאי המדידה שנבחרו ובקרבת טמפרטורת החדר.
"חימום" כאן מתייחס לעלייה באנרגיית התנועה הקוונטית של היונים. אין פירושו שהיונים עצמם נשארים בטמפרטורת החדר. נמדד גם זמן קוהרנטיות תנועתית של כ־96 אלפיות השנייה, והודגמה יצירת מצב שזור של שני קיוביטים.
אלה מדדים שמאפשרים לבחון את איכות המלכודת. הם אינם מציגים מערכת גדולה לתיקון שגיאות או מחשב מסחרי. תרומת העבודה היא שיפור של פלטפורמה מחקרית, שאפשר יהיה להשתמש בה בהדמיה, במדידות וברשתות קוונטיות. מידת ההנגשה בפועל תתברר כשמעבדות נוספות יוכלו לשחזר ולהפעיל אותה.
שאלות ותשובות
מה עושה מלכודת יונים?
מחזיקה אטומים טעונים באמצעות שדות חשמליים, כדי שאפשר יהיה לשלוט בהם ולמדוד אותם.
מהו היתרון במבנה אחוד?
הוא נועד לשפר את דיוק הגאומטריה ואת האפשרות לשחזר את ההתקן, לצד ביצועים תלת־ממדיים.
האם זו הדגמה של מחשב קוונטי מסחרי?
לא. זו בדיקה של פלטפורמת מלכודת ושל יכולות קוונטיות בסיסיות, ובהן שזירה בין שני קיוביטים.
המאמר המדעי
Monolithic segmented three-dimensional ion trap for quantum technology applications
עוד בנושא באתר הידען
- מחשוב קוונטי בלי מדידות באמצע
- מחשוב קוונטי בטמפרטורת החדר
- מרכז המחשוב הקוונטי הישראלי ומעבדי קיוביטים על־מוליכים
- מחשוב קוונטי בחיזוי מערכות כאוטיות
- פרס וולף בפיזיקה לשנת 2025
