3D εκτυπωμένες παγίδες ιόντων: Η νέα ώθηση στους κβαντικούς υπολογιστές

Ερευνητική ομάδα υπό το Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), σε συνεργασία με πανεπιστήμια της Καλιφόρνια, ανακοίνωσε μια σημαντική πρόοδο: την κατασκευή μικροσκοπικών τρισδιάστατων παγίδων ιόντων μέσω μιας εξαιρετικά εξελιγμένης τεχνικής 3D εκτύπωσης. Με τη βοήθειά τους, η ακρίβεια στους κβαντικούς υπολογισμούς έφτασε το 98%, ποσοστό που θεωρείται συγκρίσιμο με τις καλύτερες υπάρχουσες τεχνολογίες διεθνώς.

Η έρευνα αφορά την ικανότητα περιορισμού και ψύξης ιόντων, τα οποία μετατρέπονται σε qubits, δηλαδή τις θεμελιώδεις μονάδες της κβαντικής πληροφορίας. Τα παγιδευμένα ιοντικά qubits έχουν ορισμένα προνόμια σε σχέση με άλλες τεχνολογικές προσεγγίσεις: διατηρούν την κβαντική τους συνοχή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και δεν απαιτούν πολύπλοκα συστήματα κρυογενικής ψύξης. Ωστόσο, η κλιμάκωση αυτής της τεχνολογίας παρέμενε δύσκολη.

Οι επίπεδες παγίδες ήταν πιο εύκολες στην κατασκευή, αλλά θυσίαζαν τη σταθερότητα. Από την άλλη πλευρά, οι τρισδιάστατες παγίδες εξασφάλιζαν μεγαλύτερη ακρίβεια, αλλά ήταν τόσο ογκώδεις που δεν μπορούσαν να ενσωματωθούν σε πιο σύνθετα συστήματα.

Η λύση ήρθε μέσα από την τεχνική πολυμερισμού δύο φωτονίων, με την οποία οι ερευνητές κατασκεύασαν μινιατούρες παγίδες με μέγεθος λίγων χιλιοστών. Αυτές μπορούν να συγκρατούν ιόντα ασβεστίου σε υψηλές συχνότητες, με πολύ χαμηλά ποσοστά σφαλμάτων.

Τα πειράματα απέδειξαν τη λειτουργικότητα της μεθόδου: σε μια δοκιμή, δύο ιόντα παρέμειναν σταθερά για αρκετά λεπτά, ανταλλάσσοντας θέσεις. Σε άλλη περίπτωση, δημιουργήθηκε μια κβαντική πύλη δύο qubits με πιστότητα 98%. Ένα ποσοστό που θεωρείται ορόσημο και καθιστά την τεχνολογία άμεσα ανταγωνιστική των πιο προηγμένων λύσεων που υπάρχουν σήμερα.

Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι η ταχύτητα πρωτοτυποποίησης. Ολόκληρη μια παγίδα μπορεί να εκτυπωθεί σε περίπου 14 ώρες, ενώ τα ηλεκτρόδια χρειάζονται μόλις μισή ώρα. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους ερευνητές να δοκιμάζουν γρήγορα νέες γεωμετρίες και υβριδικές λύσεις, όπως ακριβώς συνέβη όταν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αντικατέστησαν τους μεμονωμένους τρανζίστορ. Όπως τόνισε ένας από τους Φυσικούς της ομάδας, η τεχνολογία ανοίγει τεράστιο χώρο για καινοτόμο σχεδιασμό, επιτρέποντας διαμορφώσεις που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν αδύνατες.

Το επόμενο βήμα είναι η ενσωμάτωση ηλεκτρονικών και φωτονικών στοιχείων απευθείας στα τσιπ, με στόχο τη μείωση μεγέθους και πολυπλοκότητας. Ωστόσο, παραμένει ανοιχτό το ζήτημα του «θορύβου», των παρεμβολών δηλαδή που μπορούν να εισάγουν σφάλματα στους υπολογισμούς. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι με την απομάκρυνση υλικών κοντά στα ιόντα η σταθερότητα θα βελτιωθεί ακόμη περισσότερο.

Οι εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας δεν περιορίζονται μόνο στην κβαντική πληροφορική. Οι μινιατούρες παγίδες ιόντων μπορούν να αξιοποιηθούν και σε άλλους τομείς υψηλής ακρίβειας: από πιο ακριβή ατομικά ρολόγια έως συμπαγείς φασματογράφους μάζας και νέας γενιάς αισθητήρες. Σύμφωνα με έναν από τους μηχανικούς του έργου, η 3D εκτύπωση αποδεικνύεται ιδανική μέθοδος παραγωγής για βιομηχανίες που χρειάζονται εξαιρετικά περίπλοκα εξαρτήματα με γεωμετρίες υψηλής ακρίβειας, κάτι που άλλες τεχνικές κατασκευής δεν μπορούν να προσφέρουν.

[via]