NTT實現(xiàn)量子點與電子電路的量子糾纏狀態(tài) 向多量子點集成邁進(jìn)一步

    11/3/2005，【日經(jīng)BP社報道】由NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所所長高枊英明領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已證實，通過將自主開發(fā)的量子點（qubit）和LC電路結(jié)合起來，在兩種元件之間產(chǎn)生了稱為“真空拉比（Rabi）振動”的現(xiàn)象（圖1）。這是世界上首次在LC電路這樣的電子電路和量子點之間證實這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。在2005年10月28日由該公司主辦的“Science Plaza 2005 fall”會議上首次公開了此項成果。

    該公司還開發(fā)出了排列2個量子點的系統(tǒng)，并且“已經(jīng)證實2個量子點之間存在量子相關(guān)性”（NTT）（圖2）。該公司表示，假如將這種系統(tǒng)與此次的LC電路結(jié)合起來，“有可能實現(xiàn)以LC電路為總線布線的多量子點運算器”。

利用0.1mm見方“大型”電子電路證實量子相關(guān)性

    量子點是使用量子計算機的基本運算單位，代表可同時保持“0”和“1”狀態(tài)的元件。其實現(xiàn)方法有多種。而NTT此次利用則是稱為“SQUID（superconducting quantum interference device，超導(dǎo)量子干涉器）”的約10μm見方的閉環(huán)。閉環(huán)是一種線圈，利用電流的流動方向或者在環(huán)中傳導(dǎo)的磁束方向，表示“0”和“1”的狀態(tài)。兩種狀態(tài)可同時產(chǎn)生。

     NTT制作了一個將量子點置于尺寸約為0.1mm見方的LC電路內(nèi)部的系統(tǒng)。將這種系統(tǒng)放置于絕對溫度為0.02K的超低溫狀態(tài)下，為了給系統(tǒng)提供能量，交替施加了2種微波脈沖。于是，量子點及量子化的LC電路就產(chǎn)生了古典物理學(xué)所講的電磁互感，并形成了共振狀態(tài)，并且開始在能量的基態(tài)（ground state、即真空狀態(tài)）和受激狀態(tài)（excitation state）之間產(chǎn)生振動。這種現(xiàn)象稱為真空拉比振動，表明該系統(tǒng)處于“量子糾纏（Quantum Entanglement）狀態(tài)”。量子糾纏狀態(tài)是指多個量子元件具有量子相關(guān)性的狀態(tài)，是量子計算機進(jìn)行運算所必不可少的。

     作為該系統(tǒng)量子化的證據(jù)，該公司進(jìn)一步對第一受激態(tài)和第二受激態(tài)之間等高能狀態(tài)之間的振動頻率進(jìn)行了分析。結(jié)果證實與理論值一致。

     此次真空拉比振動的頻率約為120MHz。NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所稱“該頻率取決于量子點和LC電路的耦合常數(shù)（coupling constant），利用系統(tǒng)設(shè)計還能達(dá)到更高的振動頻率”。假如是連續(xù)加載微波的普通“拉比振動”，現(xiàn)已證實可在4GHz～5GHz的高頻下振動。

    作為真空拉比振動，在過去的研究中，通過對半徑約為0.1μm的大堿性原子在電場中的活動情況進(jìn)行分析，就已經(jīng)得到確認(rèn)，但像這次利用可集成的電子電路得到證實卻尚屬首次。由于很容易設(shè)計出各種各樣的系統(tǒng)，因此該公司表示：“今后有可能實現(xiàn)多量子點系統(tǒng)的量子糾纏狀態(tài)，而這種狀態(tài)過去則很難在使用自然原子和離子的試驗中實現(xiàn)?！保ㄓ浾撸阂皾?哲生）

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