ALBUQUERQUE, NM — I Sandia National Laboratories hanno prodotto il primo lotto di una nuova trappola ionica di livello mondiale, un componente centrale per alcuni computer quantistici. Il nuovo dispositivo, soprannominato Enchilada Trap, consente agli scienziati di costruire macchine più potenti per far avanzare il campo sperimentale ma potenzialmente rivoluzionario dell’informatica quantistica.
La trappola per enchilada, prodotta nello stabilimento di fabbricazione di ingegneria, scienza e applicazioni dei microsistemi dei Sandia National Laboratories. Foto di Craig Fritz/Sandia National Labs
Oltre alle trappole utilizzate a Sandia, alla Duke University verranno utilizzate diverse trappole per l’esecuzione di algoritmi quantistici. Duke e Sandia sono partner di ricerca attraverso il Quantum Systems Accelerator, uno dei cinque centri di ricerca sulla scienza dell’informazione quantistica nazionale degli Stati Uniti finanziati dall’Office of Science del Dipartimento dell’energia.
Una trappola ionica è un tipo di microchip che contiene atomi o ioni caricati elettricamente. Con più ioni intrappolati, o qubit, un computer quantistico può eseguire algoritmi più complessi.
Con un hardware di controllo sufficiente, Enchilada Trap potrebbe immagazzinare e trasportare fino a 200 qubit utilizzando una rete di cinque zone di trappola ispirate al suo predecessore, Roadrunner Trap. Entrambe le versioni sono prodotte presso lo stabilimento di fabbricazione Microsystems Engineering, Science and Applications di Sandia.
Raymond Haltli ottimizza i parametri per posizionare i legami del filo d’oro su una trappola ionica. Dopo che la porta è chiusa, funzionerà automaticamente, posando fino a 7 fili al secondo. Foto di Craig Fritz/Sandia National Labs
Secondo Daniel Stick, uno scienziato di Sandia e ricercatore leader con Quantum Systems Accelerator, un computer quantistico con un massimo di 200 qubit e tassi di errore attuali non supererà le prestazioni di un computer convenzionale per risolvere problemi utili. Tuttavia, consentirà ai ricercatori di testare un’architettura con molti qubit che in futuro supporterà algoritmi quantistici più sofisticati per la fisica, la chimica, la scienza dei dati, la scienza dei materiali e altre aree.
“Stiamo fornendo al campo della sala informatica quantistica la possibilità di crescere ed esplorare macchine più grandi e una programmazione più complicata”, ha affermato Stick.
Un design lungimirante
Sandia ricerca, costruisce e testa trappole ioniche da 20 anni. Per superare una serie di sfide progettuali, il team ha combinato la conoscenza istituzionale con le nuove innovazioni.
Per prima cosa, avevano bisogno di spazio per contenere più ioni e un modo per riorganizzarli per calcoli complessi. La soluzione era una rete di elettrodi che si dirama in modo simile a un albero genealogico oa una parentesi da torneo. Ogni ramo stretto funge da luogo per immagazzinare e trasportare gli ioni.
Jonathan Sterk indica la sezione di una trappola ionica che i qubit ionici intrappolati viaggiano in una vista ravvicinata della trappola all’interno di una camera a vuoto presso i Sandia National Laboratories. Foto di Craig Fritz
Sandia aveva sperimentato giunzioni simili nelle trappole precedenti. La trappola Enchilada utilizza lo stesso design in modo piastrellato in modo da poter esplorare le proprietà di ridimensionamento di una trappola più piccola. Stick ritiene che l’architettura ramificata sia attualmente la soluzione migliore per riorganizzare i qubit ionici intrappolati e prevede che le future versioni ancora più grandi della trappola presenteranno un design simile.
Un’altra preoccupazione era la dissipazione dell’energia elettrica sulla trappola Enchilada, che potrebbe generare calore significativo, portando a un aumento del degassamento dalle superfici, un rischio più elevato di guasto elettrico e livelli elevati di rumore del campo elettrico. Per risolvere questo problema, gli specialisti della produzione hanno progettato nuove funzioni microscopiche per ridurre la capacità di determinati elettrodi.
“Il nostro team guarda sempre avanti”, ha affermato Zach Meinelt di Sandia, l’integratore principale del progetto. “Collaboriamo con scienziati e ingegneri per conoscere il tipo di tecnologia, funzionalità e miglioramenti delle prestazioni di cui avranno bisogno nei prossimi anni. Quindi progettiamo e fabbrichiamo trappole per soddisfare tali requisiti e cerchiamo costantemente modi per migliorare ulteriormente.
Sandia National Laboratories è un laboratorio multimissione gestito da National Technology and Engineering Solutions di Sandia LLC, una consociata interamente controllata da Honeywell International Inc., per la National Nuclear Security Administration del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Sandia Labs ha importanti responsabilità di ricerca e sviluppo in deterrenza nucleare, sicurezza globale, difesa, tecnologie energetiche e competitività economica, con strutture principali ad Albuquerque, New Mexico, e Livermore, California.
Ripubblicato dai Sandia National Laboratories.
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