W wyścigu o zbudowanie praktycznego komputera kwantowego następuje zwrot akcji. Kilka firm zakłada się, że istnieje lepszy sposób na stworzenie podstawowej jednostki komputera kwantowego, kubitu, niż wiodąca metoda stosowana przez gigantów, takich jak IBM i Google.

Aby cofnąć się na chwilę do fundamentalnej konstrukcji komputerów kwantowych, pomyśl o kubitach jako o kwantowym odpowiedniku bitów binarnych zawartych w klasycznych komputerach. Ale zamiast przechowywać stany włączenia lub wyłączenia, takie jak bity (słynna 1 lub 0), kubity przechowują przebiegi, co pozwala im mieć wartość 1, 0 lub kombinację tych dwóch. Aby wykazywać te właściwości kwantowe, obiekty muszą być albo bardzo małe, albo bardzo zimne. Teoretycznie ta jakość pozwala kubitom wykonywać bardziej złożone obliczenia w porównaniu z bitami. Jednak w rzeczywistości unikalny stan, jaki osiągają kubity, jest trudny do utrzymania, a gdy ten stan zostanie utracony, informacje przenoszone w tych kubitach również. Tak więc to, jak długo kubity mogą pozostać w tym stanie kwantowym, wyznacza obecnie limit obliczeń, które można wykonać.

Liderem w wyścigu o zbudowanie użytecznego komputera kwantowego jest IBM, a jego podejście do tych podstawowych jednostek obliczeniowych to urządzenie zwane kubitami nadprzewodzącymi. Ta technika polega na konstruowaniu małych kawałków nadprzewodzących metali i izolatorów w celu stworzenia materiału, który zachowuje się jak sztuczny atom w bardzo zimnym środowisku (bardziej szczegółowe wyjaśnienie jest dostępne tutaj).

[Related: IBM’s latest quantum chip breaks the elusive 100-qubit barrier]

Ale wschodzące firmy, takie jak QuEra, Atom Computing, Pasqal, chcą spróbować czegoś nowego i zbudować komputer kwantowy przy użyciu neutralnych atomów, który od dawna jest postrzegany jako obiecująca platforma. Atom obojętny to atom, który zawiera zrównoważoną ilość ładunków dodatnich i ujemnych.

Wcześniej podejście to było w dużej mierze testowane przez małe firmy i laboratoria uniwersyteckie, ale wkrótce może się to zmienić. Eksperci twierdzą, że praca z kubitami wykonanymi z neutralnych atomów może być pod pewnymi względami łatwiejsza niż wytwarzanie sztucznego atomu PopSci w 2021 r.

Na przykład QuEra używa atomów rubidu jako kubitów. Rubid pojawia się w układzie okresowym pierwiastków jako jeden z metali alkalicznych o liczbie atomowej 37. Aby atom mógł przenosić informacje kwantowe, naukowcy oświetlą go laserem, aby wzbudzić go do różnych poziomów energii. Dwa z tych poziomów można wyizolować i oznaczyć jako wartości 0 i 1 dla kubitu. W stanie wzbudzonym atomy mogą wchodzić w interakcje z innymi atomami znajdującymi się w pobliżu. Lasery działają również jak „pęseta optyczna” dla poszczególnych atomów, utrzymując je w miejscu i ograniczając ich ruch, co powoduje ich ochłodzenie i ułatwia pracę. Firma twierdzi, że może upakować tysiące atomów uwięzionych laserowo na milimetrze kwadratowym w elastycznych konfiguracjach. QuEra twierdzi, że czasami osiągali czasy koherencji powyżej 1 sekundy (czas koherencji to czas, przez jaki kubity zachowują swoje właściwości kwantowe). Dla porównania średni czas koherencji dla chipów kwantowych IBM wynosi około 300 mikrosekund.

„Aby złożyć wiele kubitów, fizycy dzielą pojedynczą wiązkę laserową na wiele, na przykład przepuszczając ją przez ekran wykonany z ciekłych kryształów. Może to stworzyć tablice setek pęset, z których każda chwyta własny atom” – poinformował Natura. „Jedną z głównych zalet tej techniki jest to, że fizycy mogą łączyć wiele rodzajów pęset, z których niektóre mogą się szybko poruszać – z atomami, które niosą… To czyni technikę bardziej elastyczną niż inne platformy, takie jak nadprzewodniki, w których każdy kubit może oddziaływać tylko z bezpośrednimi sąsiadami na chipie.”

Opublikowano już recenzowane artykuły, w których testowano możliwości uruchomienia algorytmu kwantowego w takiej technologii. Artykuł opublikowany w styczniu w czasopiśmie Fizyka przyrody scharakteryzował nawet zachowanie neutralnego atomu uwięzionego w pęsecie optycznej.

Obecnie QuEra może pracować z około 256 kubitami i jest oferowana jako część usługi obliczeń kwantowych Amazon Web Services. Zgodnie z postem na blogu Amazon, te neutralne procesory oparte na atomach są odpowiednie do „układania atomów we wzory grafu i rozwiązywania pewnych kombinatorycznych problemów optymalizacyjnych”.

Tymczasem Atom Computing, który opiera swoje kubity na metalu ziem alkalicznych stroncie, wykorzystuje komorę próżniową, pola magnetyczne i lasery do stworzenia swojej macierzy. Jego prototyp przykuł uwagę działu badawczego DARPA w Pentagonie, a niedawno otrzymał dofinansowanie w ramach programu agencji Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC).

Pasqal, inny start-up zajmujący się komputerami kwantowymi z siedzibą w Paryżu, również zgromadził sporo kapitału w ramach tego obiecującego podejścia. Konkretnie wg TechCrunchpod koniec stycznia zebrała około 100 mln euro na budowę komputera kwantowego z atomami neutralnymi.