量子位控制新法可推進(jìn)量子計算機發(fā)展

  ICC訊 為了達到量子計算機能夠滿(mǎn)足其預期性能潛力的程度，需要開(kāi)發(fā)大規模的量子處理器和存儲器。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模高密度布線(xiàn)來(lái)說(shuō)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(zhù)更大規模量子計算邁出的一步。研究結果發(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成的量子存儲器，可以通過(guò)光單獨訪(fǎng)問(wèn)，并通過(guò)微波進(jìn)行精確操作。

圖片來(lái)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：微波通常用于單獨的量子控制，但需要單獨布線(xiàn)微波線(xiàn)路。此外，有可能在本地操縱量子位，但不能精確地利用光。

  團隊利用鉆石中的氮原子空缺中心，通過(guò)微波操縱以及原子和分子躍遷頻率的局部光學(xué)移動(dòng)相結合的方式來(lái)操縱電子自旋，從而展示了對量子位的控制。這一過(guò)程被稱(chēng)為斯塔克偏移。換句話(huà)說(shuō)，他們能夠將依賴(lài)激光的光學(xué)方法與微波相結合，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(guò)來(lái)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(méi)有單獨布線(xiàn)的情況下單獨、精確地控制量子比特。團隊表示，這為實(shí)現大規模量子處理器和存儲器鋪平了道路，對于大規模量子計算機的發(fā)展至關(guān)重要。

  此外，研究還實(shí)現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，需要的計算能力更少，并通過(guò)量子隱形傳態(tài)原理將信息傳輸到量子處理器和量子存儲器。

  新方法滿(mǎn)足所有迪文森佐標準，這是量子計算機運行所需的標準，包括可擴展性、初始化、測量、通用門(mén)和長(cháng)相干性。它還可應用于斯塔克偏移之外的其他磁場(chǎng)方案，在這些方案中可單獨操作量子位，并且它可防止常見(jiàn)類(lèi)型的計算錯誤，如門(mén)錯誤或環(huán)境噪聲。

  研究人員說(shuō)，通過(guò)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)現大規模集成的鉆石量子計算機、量子存儲和量子傳感器。它還將提高用于長(cháng)途量子通信和分布式量子計算機網(wǎng)絡(luò )或量子互聯(lián)網(wǎng)的量子中繼網(wǎng)的數據傳輸能力。