En av utfordringene på veien for å realisere fordelene med quantum computing er å finne en måte å kompakte montere og så nøyaktig kontrollere nok kvantebiter til å levere på teknologien enormt bearbeidingspotensial.

Kvantumbiter eller qubits er kvantekvivalenten til biter som brukes i tradisjonell databehandling. Mens dagens biter vanligvis representerer data som 0s eller 1s, kan qubits være både 0 og 1 samtidig gjennom en tilstand som kalles superposisjon.

For å oppnå sitt gjennombrudd, korrelerte forskerne først kvanteatomer til et 3D-array. For å konstruere det, brukte de lysstråler til å fange og holde atomerene i et kubisk arrangement av fem stablede fly, likt en sandwich laget med fem stykker brød. Hvert fly hadde plass til 25 like adskilte atomer; I alt dannet arrangementet en terning med et ordnet mønster av individuelle steder for 125 atomer. Forskerne fyllte noen av de mulige stedene i gruppen med qubits bestående av nøytrale cesiumatomer som ikke hadde noen positiv eller negativ ladning. Deretter brukte de kryssede bjelker av laserlys til å målrette individuelle atomer i gitteret, noe som forårsaket et skifte i energinivåene av disse atomene. Når forskerne da badet badet med en uniform vask av mikrobølger, ble tilstanden til Atomer med de forskudde energinivåene endret seg, mens tilstandene til alle andre atomer ikke gjorde det.

For å demonstrere sin kontroll over qubits i deres matrise, forandret forskerne tilstandene av utvalgte atomer i tre av de stablede flyene for å tegne bokstavene P, S og U-bokstavene som representerer Penn State University-som vist på bildet ovenfor.

"Vi har satt flere qubits i forskjellige, presise quantum superpositions samtidig enn i et tidligere eksperimentelt system , Sier David Weiss, fysikkprofessor som ledet forskergruppen. "Vårt papir demonstrerer at denne nye tilnærmingen er en presis, nøyaktig og effektiv måte å styre store ensembler av qubits for quantum computing."

Papiret ble publisert i fredags i tidsskriftet Science.

For tiden tilbyr systemet en pålitelighet på rundt 99,7 prosent, men laget håper å øke det til 99,99 prosent, sa Weiss. Også blant deres mål er å fokusere på kvantekonflikt, hvor tilstanden til en partikkel er implisitt korrelert med tilstanden til de andre rundt seg.

"Fyll terningen med nøyaktig ett atom pr. Sted og sette opp entanglements mellom atomer i noen av områdene vi velger er blant våre nærmerkte forskningsmål, sier Weiss.