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量子計(jì)算機(jī)|工程師開(kāi)發(fā)了一種量子存儲(chǔ)方法，為光學(xué)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展鋪平道路

重器量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)|工程師開(kāi)發(fā)了一種量子存儲(chǔ)方法，為光學(xué)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展鋪平道路


【量子計(jì)算機(jī)|工程師開(kāi)發(fā)了一種量子存儲(chǔ)方法，為光學(xué)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展鋪平道路】藝術(shù)家的插圖描繪了鐿離子與周圍的原釩酸釔晶體的量子自旋 。 原子的自旋態(tài)可以用作處理單元（如計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管） 。 通過(guò)使用鐿同時(shí)控制四個(gè)釩原子 ， 工程師們能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè) 2 量子位處理器 ， 這是開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)和量子網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分 。
新技術(shù)可以使量子網(wǎng)絡(luò)成為可能 。
加州理工學(xué)院的工程師開(kāi)發(fā)了一種量子存儲(chǔ)方法 ， 可以幫助為大規(guī)模光學(xué)量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展鋪平道路 。
新系統(tǒng)依賴于核自旋——原子核的角動(dòng)量——以自旋波的形式集體振蕩 。 這種集體振蕩有效地鏈接了幾個(gè)原子來(lái)存儲(chǔ)信息 。
這項(xiàng)工作在發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中有所描述 ， 它利用了由鐿 (Yb) 離子制成的量子比特（或量子比特） ， 鐿離子是一種也用于激光器的稀土元素 。 該團(tuán)隊(duì)由應(yīng)用物理和電氣工程教授 Andrei Faraon (BS '04) 領(lǐng)導(dǎo) ， 將離子嵌入到原釩酸釔 (YVO4) 的透明晶體中 ， 并通過(guò)光學(xué)和微波場(chǎng)的組合操縱其量子態(tài) 。 然后 ， 該團(tuán)隊(duì)使用 Yb 量子位來(lái)控制晶體中多個(gè)周圍釩原子的核自旋狀態(tài) 。
“根據(jù)我們之前的工作 ， 單個(gè)鐿離子被認(rèn)為是光學(xué)量子網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀候選者 ， 但我們需要將它們與額外的原子聯(lián)系起來(lái) 。 我們?cè)谶@項(xiàng)工作中證明了這一點(diǎn) ， ” Nature論文的共同通訊作者 Faraon 說(shuō) 。
該設(shè)備是在加州理工學(xué)院的 Kavli 納米科學(xué)研究所制造的 ， 然后在 Faraon 的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了非常低的溫度測(cè)試 。
一種利用糾纏核自旋作為量子存儲(chǔ)器的新技術(shù)受到核磁共振 (NMR) 方法的啟發(fā) 。
“為了將量子信息存儲(chǔ)在核自旋中 ， 我們開(kāi)發(fā)了類似于醫(yī)院使用的 NMR 機(jī)器的新技術(shù) ， ”加州理工學(xué)院博士后研究員、該論文的共同通訊作者 Joonhee Choi 說(shuō) 。 “主要挑戰(zhàn)是調(diào)整現(xiàn)有技術(shù)以在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下工作 。 ”
該系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)特之處在于 ， 釩原子按照晶格的規(guī)定在鐿量子位周圍預(yù)先確定了位置 。 團(tuán)隊(duì)測(cè)量的每個(gè)量子比特都有一個(gè)相同的內(nèi)存寄存器 ， 這意味著它將存儲(chǔ)相同的信息 。
“可重復(fù)且可靠地構(gòu)建技術(shù)的能力是其成功的關(guān)鍵 ， ”該論文的第一作者、研究生 Andrei Ruskuc 說(shuō) 。 “在科學(xué)背景下 ， 這讓我們對(duì)鐿量子比特與其環(huán)境中的釩原子之間的微觀相互作用獲得了前所未有的洞察力 。 ”
這項(xiàng)研究是 Faraon 實(shí)驗(yàn)室為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)的更廣泛努力的一部分 。
量子網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)在量子而非經(jīng)典水平上運(yùn)行的系統(tǒng)連接量子計(jì)算機(jī) 。 理論上 ， 量子計(jì)算機(jī)有朝一日能夠利用量子力學(xué)的特殊特性（包括疊加）比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快地執(zhí)行某些功能 ， 疊加允許量子比特同時(shí)將信息存儲(chǔ)為 1 和 0 。
與經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣 ， 工程師希望能夠連接多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)以共享數(shù)據(jù)并協(xié)同工作——?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“量子互聯(lián)網(wǎng)” 。 這將為多種應(yīng)用打開(kāi)大門 ， 包括解決單個(gè)量子計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的大型計(jì)算的能力 ， 以及使用量子密碼學(xué)建立牢不可破的安全通信 。

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