反饋技術將量子疊加時長提高千倍 可推動量子計算機實現
量子計算機勝過傳統(tǒng)計算機的“秘密武器”是量子疊加,但量子疊加很脆弱,延長其壽命是研制大型通用量子計算機面臨的主要“攔路虎”之一。在7日出版的《自然》雜志上,美國科學家稱,他們在由合成鉆石制造的量子設備內使用一種量子反饋技術,將量子疊加的時長提高了1000多倍,向最終研制出可靠的量子計算機邁出了重要一步。
上海交通大學物理與天文系金賢敏教授對科技日報記者解釋稱,反饋控制是讓大多數物理系統(tǒng)保持穩(wěn)定的最好方法:測量系統(tǒng)目前的狀態(tài)并產生一個控制信號,控制信號能讓系統(tǒng)返回其理想狀態(tài),但測量會破壞量子疊加,因此,量子計算機專家不得不“忍痛割愛”。最新論文主要作者、麻省理工學院(MIT)核科學和工程學副教授葆拉·卡佩拉羅說:“我們用量子的反饋控制來保護量子疊加,在此過程中不需要測量。” 最新系統(tǒng)使用鉆石內的氮空位中心:純凈鉆石由采用規(guī)則晶格結構排列的碳原子組成。如果一個碳核不在應在的晶格內,那就是一個空位。如果一個氮原子鳩占鵲巢,在晶格內取代碳原子,且與一個空位相鄰,那就形成一個氮空位(NV)中心,其能代表一個量子比特,且擁有幾大優(yōu)勢:首先,它是物理結構固有的屬性,不再需要其他用于捕獲離子或原子的硬件;其次,氮空位中心是自然光發(fā)射器,從其讀取信息相對來說更簡單一些。 據MIT官網消息,在實驗中,研究人員用氮核的自旋狀態(tài)來控制NV的電子自旋:微波先讓NV中心的電子自旋進入疊加狀態(tài),射頻輻射接著讓氮核進入特定的自旋狀態(tài),另一些低功率微波隨后讓氮核同NV中心的自旋發(fā)生“糾纏”。此時,NV量子比特能執(zhí)行計算。之后,第三批微波被用來解除氮核與NV中心間的糾纏。最后,系統(tǒng)暴露于一個微波序列之下。這種暴露是被精確校準了的,即使如此,它們對NV中心的影響還是取決于氮核的狀態(tài)。如果計算中出現錯誤,那么,微波將糾正這一錯誤,如果沒有,激光不會改變NV中心的狀態(tài)。 結果表明,使用這一反饋控制系統(tǒng),一個氮空位中心量子比特能保持疊加狀態(tài)的時間是不使用這一系統(tǒng)的1000倍。 關鍵詞: 量子
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