Demonstrador Compacto de Computação Quântica com Armadilha Iônica

O processamento de informações quânticas está avançando continuamente de uma disciplina puramente acadêmica para aplicações em toda a ciência e indústria. A transição de experimentos baseados em laboratório, provas de conceito, para realizações robustas e integradas de hardware de processamento de informações quânticas é um passo importante nesse processo. No entanto, a natureza das configurações laboratoriais tradicionais não se presta facilmente a escalar o tamanho dos sistemas ou permitir aplicações fora de ambientes de qualidade laboratorial. Essa transição exige a superação de desafios em engenharia e integração sem sacrificar o desempenho de ponta das implementações laboratoriais. Aqui, apresentamos um demonstrador de computação quântica em rack de 19 polegadas baseado em 40 qubits ópticos de Ca + em uma armadilha linear de Paul para abordar muitos desses desafios. Destacamos os subsistemas mecânicos, ópticos e elétricos. Além disso, descrevemos os componentes de automação e acesso remoto da pilha de computação quântica. Concluímos descrevendo medições de caracterização relevantes para a computação quântica, incluindo interações de qubit único resolvidas por local e operações entrelaçadoras mediadas pela interação de Mlmer-Srensen, realizadas por meio de duas abordagens de endereçamento distintas. Usando essa configuração, produzimos estados Greenberger-Horne-Zeilinger maximamente entrelaçados com até 24 íons, sem o uso de técnicas de pós-seleção ou mitigação de erros; equivalente a configurações laboratoriais convencionais bem estabelecidas.