ამერიკელმა მეცნიერებმა ახალი ტექნიკა შეიმუშავეს, რომლის დახმარებითაც შეიძლება მინიმუმ 100 000-კუბიტიანი კვანტური კომპიუტერები შეიქმნას. მკვლევრებმა ამისათვის ორი მძლავრი ტექნოლოგია გააერთიანეს: ოპტიკური პინცეტები და მეტაზედაპირები. მთავარი მიზანი ე.წ. ნეიტრალური ატომური მასივების გავრცობა იყო. კვლევას კოლუმბიის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორები უძღვებოდნენ.

ნეიტრალური ატომური მასივები ატომებს იყენებს, რომლებსაც ოპტიკური პინცეტები (დაფოკუსებული ლაზერული სხივები) 1, 2 და 3-განზომილებიან კონფიგურაციებში ერთ ადგილას აკავებს. მოწინავე კვანტური კომპიუტერების შესაქმნელად ეს ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული პლატფორმაა, რადგან თითოეული ატომი კუბიტის ფუნქციას ასრულებს.

როგორც მკვლევრები განმარტავენ, მათი ნაშრომი მნიშვნელოვანი საფუძველია, რომ სამომავლოდ 100 000-ზე მეტ კუბიტიანი კვანტური კომპიუტერები შეიქმნას. გუნდმა სტრონციუმის ათასი ატომი წარმატებით შეაკავა. ამით დაადასტურეს, რომ მათი მიდგომა თანამედროვე სისტემებთან შედარებით გაცილებით უფრო დიდ მასშტაბებზეცაა რეალიზებადი.

თითოეული ატომი ფუნდამენტურად იდენტურია, ამიტომ მათი დამატებითი სტანდარტიზაცია ან სინქრონიზაცია საჭირო აღარ არის. ეს პროცესებსი ხელოვნურად შექმნილი კუბიტების რაოდენობის ზრდასთან ერთად რთულდება; სწორედ ამიტომ, კუბიტებად ბუნებრივი ატომების გამოყენება უპირატესად მიიჩნევა.

მიუხედავად იმისა, რომ მეცნიერები ატომების შეკავებას უკვე ათწლეულია ცდილობენ, ფართო მასშტაბებზე მათი გაკონტროლება მაინც დიდ გამოწვევად რჩება. თანამედროვე ოპტიკურ პინცეტებში მსხვილი ნაწილებია გამოყენებული, მაგალითად სინათლის სივრცული მოდულატორები ან აკუსტიკურ-ოპტიკური ამრეკლები. ეს ყველაფერი მასივის ზომას მნიშვნელოვნად ზღუდავს.

სხვათა შორის, კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერებმა ადრე ამ მეთოდებით 6 100 ატომის შეკავება შეძლეს. ახალი კვლევის ავტორები აღნიშნავენ, რომ ეს შთამბეჭდავი შედეგია, თუმცა საკმარისი ნამდვილად არაა.

გუნდი იმედოვნებს, რომ ახალი მიდგომით შეძლებენ, ნეიტრალური ატომური მასივები უფრო დიდ მასშტაბებზე აიყვანონ — ალბათ, 100 000-ზე მეტ ატომზეც კი. ახალი კვლევის ფარგლებში მათ ძველი სისტემები მეტაზედაპირებით ჩაანაცვლეს, რომლებიც ბრტყელი, ძალიან თხელი ოპტიკური მოწყობილობებია. ისინი მილიონობით ნანომასშტაბური "პიქსელისგან" შედგება.

მკვლევართა განმარტებით, როდესაც მეტაზედაპირში ლაზერის ერთი სხივი გადის, პიქსელები სინათლეს ერთდროულად გარდაქმნის ათასობით ან ასიათასობით ლაზერულ წერტილად, რომლებიც მჭიდროდაა დაფოკუსებული. ნაშრომში გამოყენებული მეტაზედაპირები ერთ სიბრტყეზე განლაგებული, თუმცა სხვადასხვა ფოკალური წერტილის მდებარეობის მქონე ათიათასობით ლინზის სუპერპოზიციაა. ლაზერულ სხივთან გადაკვეთის შემდეგ ყოველ მეტაზედაპირს ერთდროულად ათიათასობით ფოკალური წერტილის წარმოქმნა შეუძლია.

მეტაზედაპირები სილიციუმის ნიტრიდისა და ტიტანის დიოქსიდისგანაა დამზადებული. ისინი უკიდურესად მძლავრ ლაზერებსაც კი უძლებს, მათ შორის ისეთებსაც, რომელთა ოპტიკური ინტენსივობაც 2 000 ვტ/მმ²-საც კი აღემატება. ეს დედამიწამდე მოსულ მზის სინათლეზე დაახლოებით მილიონჯერ ძლიერია.

ფიზიკოსებმა მეტაზედაპირული ოპტიკური პინცეტის პლატფორმის მოქნილობა შემდეგნაირად შეამოწმეს: მათ ატომები თანაბრად განაწილებულ 2D მასივებში შეაკავეს. გარდა ამისა, მკვლევრებმა 3,5 მმ სიგანის მეტაზედაპირი შექმნეს, რომელიც 100 მილიონზე მეტ პიქსელს შეიცავს და 600×600 პარამეტრების მქონე მასივის წარმოქმნა შეუძლია, რაც ჯამში 360 ათას ოპტიკურ პინცეტს მოგვცემს. ეს არსებული ტექნოლოგიების შესაძლებლობებს გაცილებით აღემატება.

როგორც მკვლევრები ამბობენ, ნეიტრალური ატომის მასივების ფართო მასშტაბებზე გავრცელება რეალისტურია. ისინი იმედოვნებენ, რომ მათ გამოყენებას არამხოლოდ კვანტურ კომპიუტერებში, არამედ კვანტურ სიმულატორებსა და პორტატიულ ოპტიკურ ატომურ საათებშიც შევძლებთ.

კვლევა გამოცემაში Nature გამოქვეყნდა.