悉尼新闻网:新的量子计算构建块由澳大利亚研究人员开发

澳大利亚研究人员为量子计算机开发了一种新的构建模块,使该技术更加紧密。

关键点

澳大利亚研究人员已经制造出最快的双量子比特门,这已经在硅片中得到了证明

Qubit门涉及两个相互作用的电子,类似于传统计算机电路中看到的逻辑门

这是世界各地开发设备的方式之一

由量子物理学家米歇尔西蒙斯领导的新南威尔士大学团队已经建立了硅中原子量子位之间的第一个双量子比特门,他们在“ 自然 ”杂志上报道。

量子构建模块能够执行0.8纳秒的操作,比硅中现有的基于自旋的双量子比特栅极快约200倍。

这项工作是他们20年前发表的理论论文的实现,他们说使用原子量子位 – 或量子位,传统位或晶体管的量子等效 – 将是在硅中构建量子计算机的最佳方法之一。

量子计算有望使我们能够更有效地处理信息,使用亚原子级的基础物理学,以便在几小时或几分钟内解决传统计算机需要更长时间的问题。

与将信息表示为1或0的传统位不同,量子位可以是1或0,或者同时为1和0。当量子位上的电子自旋状态同时是上下混合时,这称为叠加。

当您为量子计算机构建组件时,您希望尽可能长时间保持这种量子状态或连贯性。

西蒙斯教授说:“你需要的两件事是叠加……然后纠缠在一个量子比特的状态取决于另一个的情况下,你创造了一个在古典世界中不存在的全新状态。”

为了制造这种器件,研究人员在硅基质中嵌入了两个单独的磷原子,彼此非常接近。

那么这是什么意思?

昆士兰大学的量子物理学家安德鲁怀特说,“这是一个非常令人兴奋的结果,在一个非常困难的物理系统中工作”,他没有参与这项研究。

使用不同的物理架构(如陷阱离子,超导电路,单光子,中性原子或硅)可以使用许多不同的方法来纠缠量子位。

“这有什么新鲜事,这是制作大门的不同方法,”怀特教授说。

“纠缠门是任何量子计算机的核心。如果没有这些门,你就没有量子计算机。”

还有很多其他事情你需要做,但量子比特门是使量子计算机完全不同于经典计算机的关键因素之一。

悉尼微软量子实验室主任和悉尼大学的量子物理学家David Reilly没有参与这项研究,他也对这项研究感到兴奋。

他说,它建立在2005年的先前工作基础上,使用半导体中的电子自旋,在砷化镓系统中执行相同类型的耦合快约10倍。

新南威尔士大学在2015年还展示了一种双量子比特硅片门,当时Andrew Dzurak教授的团队使用金属氧化物半导体器件,而不是西蒙斯教授团队使用的原子量子比特。

Reilly教授说:“原子方法跟随着脚步,并表明它也可以证明这些类型的结果。”

寻找完美的量子比特

世界各地都有许多不同的量子计算方法,这可能会赢得胜利吗?

赖瑞教授说:“我个人的观点是,世界上还没有完美的量子比特,可以扩展到构建量子计算机。”

“我们仍然在努力寻找迄今为止最好的技术和结果 – 包括这一项 – 不要画出一个明显的图片,可以扩展到你需要实际做一些有用的量子比特的数量。”

部分问题是您需要使用极高保真度或低误差率的量子比特。

Reilly教授说:“当你将数十亿量子比特乘以数字量子弹时,似乎是一个小错误,这实际上导致无法建立一台实际上将解决现实世界问题的机器。”

目前,这种双量子比特门的保真度测量值约为90%,该团队目前正致力于通过其制造工艺进行改进。

但怀特教授说,在硅片中工作的好处是提供了一种方法,可以在一个小的物理足迹中获得一百万个量子比特。

“这就是令人兴奋的原因,”他说。

“它不会在明年为我们带来量子计算机,但这是一项伟大的工程壮举。”

西蒙斯教授说硅片带来了许多好处。

“我们在20年前的赌注是,我们可以选择具有令人难以置信的长连贯时间的东西,这将是快速的,但它也将制造得很好,这是所有这些组合的关键结果,”她说。

“这就是原子量子比特有希望做的事情。”

“原子本身非常小,因此它应该有很长的连贯时间,”她说。

“如果你能让它们足够接近,你就应该能够在它们之间进行非常快速的操作。”

现在他们已经制作了一个两个量子位的门,该团队的下一步将是纠缠10个量子比特的信息,他们认为这些信息将在未来三到四年内完成。

Reilly教授说,由于量子计算,简单问题和硬问题之间的界限发生了变化,这是令人兴奋的原因。

量子计算机可以帮助我们解决问题,例如找到能让我们更有效地制造肥料的催化剂,或者更好地了解原子水平的世界。

但赖利教授告诫说,我们还需要做更多的工作来弄清楚我们应该解决哪些问题。

“量子计算机不会取代传统的计算机。它对某些类型的东西会有好处,但它不是一台只能吞噬大数据的机器,”他说。

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关于作者: maxiam945

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