目前, 量子計算機面臨的最大問題之一是, 如何增加每個邏輯門中發生糾纏的量子比特的數量, 這對於開發出實用的量子計算設備至關重要. 升級之所以困難, 部分原因在於囚禁離子的系統內常用的多量子比特邏輯門, 會隨著量子比特數量的增加而遭遇 '頻譜擁擠' 問題. 然而, 囚禁裡德伯離子的系統不受頻譜擁擠問題的影響, 這就表明, 以囚禁的裡德伯離子作為量子比特而研製的量子計算機, 或許能成為升級能力更強的量子計算機.
研究人員在最新一期《物理評論快報》上發表論文稱, 他們建造出了首個單量子比特裡德伯門. 為了做到這一點, 需要造出單個離子的裡德伯相干激發. 他們首先以囚禁於陷阱中的一個鍶離子開始, 接著使用雷射將離子從低量子態激發到第一激發態, 再將其激發到更高能的裡德伯態.
實驗的關鍵之處在於, 裡德伯態採用相干方式獲得, 這對於建造多量子比特裡德伯門至關重要. 研究人員將相干的裡德伯激發與量子操控方法相結合, 展示了單量子比特裡德伯門. 他們估計, 可將這一單量子比特系統擴展到兩個量子比特的系統, 未來還可以添加更多量子比特.
除了潛在的升級優勢, 基於囚禁的裡德伯離子而研製的量子計算機還擁有其他優勢, 包括能更好地控制量子比特, 門運算速度更快等, 他們將進一步研究這些可能性.
研究負責人傑拉德·希金斯表示: '接下來, 我們將測量兩個裡德伯離子之間強烈的相互作用, 並讓其發生糾纏, 囚禁的裡德伯離子有潛力生成非常大的糾纏態. '