Kuantum bilgisayarlarının klasik muadillerini geride bırakması için çok daha fazla kuantum bitine (qubit) ihtiyacı var. Mevcut en gelişmiş kuantum bilgisayarlar yaklaşık 1.000 qubit'e sahipken, Columbia Üniversitesi'nden fizikçiler Sebastian Will ve Nanfang Yu, bu sayıyı 100.000'in üzerine çıkarmayı hedefliyor. Nature dergisinde yayımlanan çalışmalarında, Will, Yu ve ekibi, nötr atom dizilerinin boyutunu önemli ölçüde büyütmek için iki güçlü teknolojiyi, optik cımbızları (optical tweezers) ve metasurface'leri birleştirdi. Bu çığır açan yaklaşım, kuantum bilişim platformlarının geleceği için kritik bir temel oluşturuyor.
Nötr atom dizileri, kuantum bilgisayarlar oluşturmak için hızla gelişen bir platformdur. Will ve Yu laboratuvarlarından Aaron Holman ve Yuan Xu liderliğindeki temel bir çalışmada, ekip başarıyla 1.000 stronsiyum atomunu tuzağa düşürdü ve yaklaşımlarının 100.000'in çok üzerine ölçeklenebileceğini gösterdi. Atomlar, süperpozisyon ve dolanıklık gibi kuantum bilgisayarların ihtiyaç duyduğu kuantum özelliklerini mühendislik açısından güçlü bir şekilde sunmaları nedeniyle qubit olarak kullanıma son derece uygundur. Her atomun özdeş olması, onları karakterize etme ve senkronize etme ihtiyacını ortadan kaldırır; bu, qubit sayısı arttıkça zorlaşan bir görevdir.
Yaklaşık on yıldır araştırmacılar, optik cımbız dizileriyle atomları tuzağa düşürüyorlardı. Ancak bu yeni ölçeklendirme, metasurface'lerden gelen temelde yeni bir yaklaşımla mümkün oldu. Metasurface'ler, nanometre boyutunda "piksel" dizilerinden oluşan düz optik cihazlardır. Tek bir ışık demeti bir metasurface'den geçtiğinde, pikseller tarafından benzersiz bir desen halinde şekillendirilir. Bu piksellerin, manipüle ettikleri ışığın dalga boyundan çok daha küçük olması (örneğin, 520 nm'lik cımbız ışığı için 200 nm'den az), doğrudan bir cımbız dizisi oluşturabilmelerini sağlar. Bu, hantal, pahalı ve nihai dizi boyutunu sınırlayan uzamsal ışık modülatörleri (SLM) veya akustik-optik deflektörler (AOD) gibi önceki yaklaşımlara göre önemli bir avantaj sunar.
Bu yeni teknoloji, kuantum bilgisayarların qubit sayısını dramatik bir şekilde artırarak, mevcut sınırlamaları aşma ve daha güçlü kuantum sistemleri geliştirme potansiyeli sunuyor.