Jony uwięzione w mikroukładzie
Dzięki opracowaniu najnowszej techniki uwięzienia jonów – atomów lub cząsteczek, które tracą lub uzyskują elektrony – w pułapce mikroukładu, w ramach projektu Microtrap dokonano ważnego kroku w kierunku osiągnięcia tego celu. W sytuacji gdy jony są prawie nieruchome i uszeregowane porządnie wzdłuż osi pułapki, promień lasera może współdziałać z jednym określonym jonem, następnie z innym, oraz sterować wzajemnym oddziaływaniem między tymi jonami. W ten sposób uwięzione jony mogą być obiecującymi nośnikami informacji w komputerze kwantowym. Konwencjonalne komputery zapisują i przetwarzają informacje w postaci bitów o jednej z dwóch wartości: "0" i "1". Natomiast komputer kwantowy wykorzystuje zdolność cząsteczek subatomowych do przyjmowania za każdym razem więcej niż jednego stanu. Naukowcy starają się wyjaśnić to zjawisko przy użyciu paradoksalnego przykładu kota Shrodingera – czyli eksperymentu myślowego, polegającego na tym, że kot w pudle jest jednocześnie żywy i martwy, do czasu, gdy ktoś otworzy pudło w celu określenia tego stanu. W komputerze kwantowym, każdy bit kwantowy przyjmuje jednocześnie wartości "0" i "1". W przypadku istnienia dwóch bitów kwantowych, mamy system, którego wartości przyjmują jednocześnie każdy stan, od "0" do "3". Zasadnicze bloki konstrukcyjne komputera kwantowego realizowane były w okresie ubiegłej dekady przy użyciu liniowych ciągów kilku jonów. W celu osiągnięcia pełnego potencjału komputera kwantowego z uwięzionymi jonami, w ramach projektu Microtrap starano się rozszerzyć skalę działania, by wprowadzić wiele jonów współdziałających ze sobą w różnych kombinacjach. Jednym ze sposobów uzyskania tego była miniaturyzacja architektury uwięzionych jonów. Innym sposobem było dzielenie pułapki na segmenty, by jony mogły być rozsortowane według dowolnych układów. Ale naukowcy z projektu Microtrap poszli dalej. Wykonali oni mikropułapki, wykorzystując istniejące techniki wytwarzania, stosowane w przemyśle wytwórczym mikroukładów. W tym celu rozważono szereg konkurencyjnych technologii produkcji, obejmujących trójwymiarowe (3D) ceramiczne pułapki warstwowe, dwuwymiarowe (2D) płaskie pułapki powierzchniowe oraz pułapki 3D typu krzemowego. Wykorzystując takie rozwiązania, udało się pomyślnie zbudować mikropułapki odpowiednie do zastosowania przy kwantowym przetwarzaniu informacji. Budowane na standardowych nośnikach mikroukładów, utworzone mikropułapki umożliwiają zamknięcie jonów w warunkach próżni oraz manipulowanie ich stanem przy użyciu lasera. Zaletą takiego rozwiązania jest ograniczenie występujących szumów (zakłóceń), ponieważ elektrody utrzymują cząsteczki dalej od siebie, niż ma to zazwyczaj miejsce. Komputery kwantowe przestają pracować właściwie przy jakimkolwiek zakłóceniu – nawet zakłóceniu termicznym – pochodzącym ze świata na zewnątrz. Osiągnięcie projektu Microtrap umożliwiło przesunięcie do przodu granicy tego, co nauka może dokonać, oraz zapewnia fascynujące obserwacje najmniejszych bloków konstrukcyjnych, jakie znamy w naszym świecie.
