IBM heeft een doorbraak bereikt in quantum computing door een manier te demonstreren om het quantumgedrag van individuele atomen te controleren. De ontdekking heeft een nieuwe bouwsteen voor kwantumberekeningen aangetoond. Het team demonstreerde het gebruik van afzonderlijke atomen als qubits voor kwantuminformatieverwerking.Een kwantumbit of qubits zijn de fundamentele blokken van het vermogen van een kwantumcomputer om informatie te verwerken. De doorbraak van IBM markeert de eerste keer dat een qubit met één atoom is bereikt met behulp van een Scanning Tunneling Microscope (STM). De STM kan elke atomaire qubit in beeld brengen en positioneren om de rangschikking van de nabijgelegen qubit-atomen nauwkeurig te controleren.
De STM werkt door de ultrascherpe naaldpunt nabij een oppervlak te scannen om de rangschikking van individuele atomen waar te nemen, en de naaldpunt kan atomen naar de gewenste rangschikking trekken of dragen. De basiseenheid van informatie in de computer is een bit met de waarde "0" of "1".
Een Qubit kan een "0" of "1" zijn, die tegelijkertijd superpositietoestanden worden genoemd. De toestand is een fundamenteel kenmerk van de kwantummechanica. IBM gebruikte een kwantumeigenschap van een titaniumatoom genaamd 'spin' om één qubit weer te geven. De spin-eigenschap maakt elk titaniumatoom magnetisch, zodat het zich gedraagt als een kleine kompasnaald.
Elk titaniumatoom heeft een magnetische noord- en zuidpool, en de twee magnetische oriëntaties definiëren de "0" of "1" van de qubit. IBM plaatste het titaniumatoom op een gekozen oppervlak van ultradun magnesiumoxide om zijn magnetisme te beschermen en de kwantumpersoonlijkheid te laten zien. De wetenschappers pasten vervolgens hoogfrequente radiogolven, microgolven, toe op het atoom. De microgolven komen uit de punt van de microscoop en stellen het team in staat de richting van het atoom te sturen.
Wanneer het titaniumatoom op de juiste frequentie is afgestemd, voert het een ‘kwantumdans’ uit waarbij de magnetische noordpool ronddraait en in de gewenste richting eindigt. De dans, of Rabi-oscillatie, is extreem snel en heeft 20 nanoseconden nodig om de qubit om te draaien en weer terug. Het atoom eindigt op een binaire "0" of "1", afhankelijk van hoe lang de radiogolven worden toegepast.