量子位控制新法可推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展

  ICC訊 為了達(dá)到量子計(jì)算機(jī)能夠滿足其預(yù)期性能潛力的程度，需要開發(fā)大規(guī)模的量子處理器和存儲(chǔ)器。要做到這一點(diǎn)，精確控制量子位至關(guān)重要，但控制量子位的方法對于高精度的大規(guī)模高密度布線來說存在局限性。日本橫濱國立大學(xué)研究人員找到了一種可精確控制量子比特方法。這一進(jìn)展是朝著更大規(guī)模量子計(jì)算邁出的一步。研究結(jié)果發(fā)表在26日的《自然·光子學(xué)》雜志上。

由電子或氮在鉆石的氮空缺中心自旋構(gòu)成的量子存儲(chǔ)器，可以通過光單獨(dú)訪問，并通過微波進(jìn)行精確操作。

圖片來源：日本橫濱國立大學(xué)

  橫濱國立大學(xué)工程學(xué)研究生院科學(xué)家表示：微波通常用于單獨(dú)的量子控制，但需要單獨(dú)布線微波線路。此外，有可能在本地操縱量子位，但不能精確地利用光。

  團(tuán)隊(duì)利用鉆石中的氮原子空缺中心，通過微波操縱以及原子和分子躍遷頻率的局部光學(xué)移動(dòng)相結(jié)合的方式來操縱電子自旋，從而展示了對量子位的控制。這一過程被稱為斯塔克偏移。換句話說，他們能夠?qū)⒁蕾嚰す獾墓鈱W(xué)方法與微波相結(jié)合，從而克服之前的限制。

  研究人員證明，這種對電子自旋的控制反過來可控制氮空缺中心的氮原子的核自旋，以及電子和核自旋之間的相互作用。

  光和微波的同時(shí)照射可在沒有單獨(dú)布線的情況下單獨(dú)、精確地控制量子比特。團(tuán)隊(duì)表示，這為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子處理器和存儲(chǔ)器鋪平了道路，對于大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展至關(guān)重要。

  此外，研究還實(shí)現(xiàn)了在電子自旋和核自旋之間產(chǎn)生量子糾纏。這允許量子位與光子之間的連接，需要的計(jì)算能力更少，并通過量子隱形傳態(tài)原理將信息傳輸?shù)搅孔犹幚砥骱土孔哟鎯?chǔ)器。

  新方法滿足所有迪文森佐標(biāo)準(zhǔn)，這是量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的標(biāo)準(zhǔn)，包括可擴(kuò)展性、初始化、測量、通用門和長相干性。它還可應(yīng)用于斯塔克偏移之外的其他磁場方案，在這些方案中可單獨(dú)操作量子位，并且它可防止常見類型的計(jì)算錯(cuò)誤，如門錯(cuò)誤或環(huán)境噪聲。

  研究人員說，通過進(jìn)一步提高單個(gè)量子操作和糾纏操作的分辨率，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成的鉆石量子計(jì)算機(jī)、量子存儲(chǔ)和量子傳感器。它還將提高用于長途量子通信和分布式量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或量子互聯(lián)網(wǎng)的量子中繼網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。