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物理学家提出控制量子比特的磁控新技术 无需昂贵且复杂的激光器

2021-10-04 19:43 · 稿源: cnbeta

来自俄勒冈大学的两名物理学家,刚刚概述了控制量子计算构建块的新技术,推动此类计算机向着更加准确和潜在效用迈出了重要一步。作为离子实验室的创始人,David Allcock 与 David Wineland 也是新论文的 12 位作者之一。文章基于科罗拉多州博尔德市国家标准与技术研究所(NIST)的一项实验,且两位科学家都曾在这里工作。

2018 年的时候,两人来到了俄勒冈大学、并继续在该项目上开展合作。在《自然》杂志上一篇文章中,研究团队详细介绍了在量子计算与模拟中使用俘获量子比特的相关技术。

物理学家表示,尽管新技术有助于推动操作方面的改进,但量子计算机仍会产生太多计算错误、使之难以成为一款有效的工具。David Allcock 指出:

问题出在量子计算机的逻辑门上 —— 作为用于在计算机中执行基础逻辑功能的工具 —— 其表现着实相当糟糕。

它们在大约 1% 的时间里会失败,只需大约 100 次操作,就会带来垃圾数据。

目前整个量子计算领域都处于早期阶段,且受制于错误,我们无法在机器上开展冗长的计算、或有价值的模拟。

而我们的目标,就是在没有错误的情况下开展上万次操作,然后添加多层检查、以在发生错误时进行修复。

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研究配图 - 1:实验设置

Wineland 表示,被困住的离子,就像是一碗具有一定磁性的弹珠。Allcock 补充道,物理学家们可借助不同的方法对离子施力,比如相当昂贵且复杂的激光器。

相比之下,基于磁力方案的逻辑门不仅更加实惠、实用,且能够直接在集成电路上生成。在这项新研究中,他们的主要工作,就是让新技术达到与之前任何人做过的逻辑门一样有效工作的水平。

目前以 Google 和 IBM 为代表的商业科技巨头,正好拥有大量工程师可解决这方面的问题。而学术物理学家们,正在试图证明有更好、更基础的技术来攻克难关。

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研究配图 - 2:纠缠操作的鲁棒性

Allcock 指出:“我们已经证明了大家可借助技术上更简单的方式来做到这一点”。

Wineland 亦表示,若物理学家和工程师们能够使量子计算机足够可靠、并能够以足够大的容量运行,他们就能够开展其它系统模拟。

例如,量子计算机可模拟药物治疗中使用的分子的作用,而无需在实验室中辛苦合成。

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研究配图 - 3:纠缠态保真度分析

即便如此,Wineland 还是相当谦虚地表示:“目前已有一些非常实用、有用的结果,但我们也只是触及到了该领域的一些皮毛”。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然》(Nature)杂志上,原标题为《High-fidelity laser-free universal control of trapped ion qubits》。

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