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科學(xué)家成功在一個(gè)量子芯片上同時(shí)操作多個(gè)自旋量子比特

來(lái)源：cnBeta.COM 2021-11-01 18:00:07

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哥本哈根大學(xué)的量子物理學(xué)家近日為丹麥贏得了在量子技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)國(guó)際成就。 通過(guò)在同一個(gè)量子芯片上同時(shí)操作多個(gè)自旋量子比特，他們攻克了通往未來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)道路上的一個(gè)關(guān)鍵障礙。這項(xiàng)成就預(yù)示著可以將半導(dǎo)體材料作為固態(tài)量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)使用。

在邁向大型功能性量子計(jì)算機(jī)的全球馬拉松中，一個(gè)令人頭痛的工程問(wèn)題是同時(shí)控制許多基本的存儲(chǔ)設(shè)備--量子比特。這是因?yàn)橐粋€(gè)量子比特的控制通常會(huì)受到同時(shí)應(yīng)用于另一個(gè)量子比特的控制脈沖的消極影響。

現(xiàn)在，哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所的一對(duì)年輕的量子物理學(xué)家--博士生，現(xiàn)在是博士后，29 歲的費(fèi)德里科·費(fèi)德勒（Federico Fedele）和 32 歲的助理教授阿納蘇阿·查特吉（Anasua Chatterjee），在副教授費(fèi)迪南德·庫(kù)姆梅斯（Ferdinand Kuemmeth）的小組工作，已經(jīng)成功克服了這個(gè)障礙。

科學(xué)家們?cè)噲D建立的量子計(jì)算機(jī)的大腦將由許多量子比特的陣列組成，類(lèi)似于智能手機(jī) 微芯片上的比特。它們將構(gòu)成機(jī)器的存儲(chǔ)器。著名的區(qū)別是，普通比特可以在1或0的狀態(tài)下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而量子比特可以同時(shí)駐留在兩種狀態(tài)下--被稱(chēng)為量子疊加--這使得量子計(jì)算的功能成倍增加。

Fedele 解釋說(shuō)：“從廣義上來(lái)講，它們由被困在被稱(chēng)為量子點(diǎn)的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中的電子自旋組成，這樣單個(gè)自旋狀態(tài)可以被控制并相互糾纏”。

自旋量子比特的優(yōu)點(diǎn)是可以長(zhǎng)時(shí)間保持其量子狀態(tài)。這有可能使它們比其他平臺(tái)類(lèi)型的計(jì)算速度更快、更無(wú)缺陷。而且，它們是如此的微小，以至于比起其他的量子比特方法，它們可以被擠到一個(gè)芯片上。

量子比特越多，計(jì)算機(jī)的處理能力就越強(qiáng)。UCPH 團(tuán)隊(duì)通過(guò)在單個(gè)芯片上以 2×2 陣列的形式制造和操作 4 個(gè)量子比特，擴(kuò)展了技術(shù)水平。

到目前為止，量子技術(shù)的最大焦點(diǎn)是生產(chǎn)出越來(lái)越好的量子比特。Anasua Chatterjee 解釋說(shuō)，現(xiàn)在的問(wèn)題是讓它們相互溝通。

他表示：“現(xiàn)在我們已經(jīng)有了一些相當(dāng)好的量子比特，游戲的名稱(chēng)是將它們連接到可以操作眾多量子比特的電路中，同時(shí)也要足夠復(fù)雜，能夠糾正量子計(jì)算錯(cuò)誤。到目前為止，自旋量子比特的研究已經(jīng)達(dá)到了電路包含2×2或3×3量子比特陣列的程度。問(wèn)題是，他們的量子比特一次只能處理一個(gè)”。

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