Физици от САЩ представиха иновативен метод за улавяне на отделни атоми, който може да открие пътя към създаването на квантови компютри със 100 000 кубита. Това е с два порядъка повече от най-съвременните квантови машини. Новият подход съчетава две технологии: оптична пинсета и плоски оптични устройства, известни като метаповърхности.

Обикновено за създаването на лазерни капани, които задържат атомите, се използват обемисти устройства – пространствени светлинни модулатори. Тези системи налагат ограничения върху размера на масивите от атоми, които могат да бъдат уловени. Екипът от Колумбийския университет заобиколи това ограничение, като разработи метаповърхност – плоско устройство, покрито със структури с нанометричен мащаб. Тези „пиксели“ формират желаните модели на улавяне от падащите лазерни лъчи, което прави цялата система компактна и потенциално мащабируема.

Изследователите успешно демонстрираха работата на метода, като уловиха около 1000 стронциеви атома. Нещо повече, те създадоха метаповърхност, способна да генерира 360 000 отделни оптични пинцети, което е два порядъка над възможностите на сегашната технология. Най-голямата метаповърхност, която са успели да изработят, с диаметър 3,5 милиметра, съдържа повече от 100 милиона пиксела и създава масив от 600 на 600 капана.

„Атомите са природните кубити, които са напълно идентични и съществуват в огромни количества. Проблемът винаги е бил в намирането на начин да ги манипулираме в голям мащаб“,

обяснява Аарон Холман, един от водещите автори на изследването.

Разработените метаповърхности са изработени от богат на силиций силициев нитрид и титанов диоксид, пише Phys. Те са изключително здрави и могат да издържат на лазерно излъчване с интензитет милион пъти по-голям от интензитета на слънчевата светлина на Земята.

За да се реализира пълният потенциал на технологията, екипът ще се нуждае от по-мощни лазери от тези, с които разполага сега. Но това е постижима задача, убедени са учените. Те вече демонстрираха гъвкавостта на платформата, като подредиха атоми в различни конфигурации, включително квадратна решетка, квазикристални модели и дори форма, наподобяваща Статуята на свободата.

В допълнение към квантовите изчисления тази технология може да намери приложение в квантовите симулатори за моделиране на сложни физически системи и в оптичните атомни часовници за свръхпрецизно измерване на времето.