一种过滤器使量子比特“更干净”-量子客
(来源:TMDU文理学院物理学系)

约瑟夫森量子滤波器(JQF)的原理图。数据量子比特(DQ)和JQF直接耦合到半无限波导中,通过该波导施加DQ的控制脉冲。

 

东京医科牙科大学、理研所和东京大学的研究人员提出了一种改进的方法,用于将量子计算机中的量子位与外部环境隔离开来,这可能有助于开启实用量子计算的时代。

 

东京医科牙科大学(TMDU)、理研所(RIKEN)和东京大学(University of Tokyo)的一个研究小组演示了如何通过使用附加的“过滤器”量子比特来延长量子计算机中的量子比特的寿命。这项工作可能有助于制造可以用于金融、密码学和化学应用中使用的更高保真度的量子计算机。

 

量子比特的优势与劣势

量子计算机有望在从互联网安全到药物开发的各个领域产生巨大影响。量子计算机中的量子位并不局限于经典计算机的二进制0和1,而是可以取这两者任意叠加的值。这使量子计算机有可能比当前机器更快地解决某些问题,例如破解密码。

然而,在量子比特叠加的寿命和处理速度之间存在一个根本的权衡。这是因为必须小心地屏蔽量子比特,使其不与环境相互作用,否则在称为“退相干性”的过程中,脆弱的叠加将迅速恢复为1或0。为了延迟这种量子保真度的损失,量子计算机中的量子位只与用于量子位控制脉冲的控制线进行弱耦合。不幸的是,这种弱耦合限制了可以运行计算的速度。

 

“滤波器”原理

现在, TMDU的研究小组从理论上证明了如何将第二个“滤波器”量子比特与控制线耦合可以大大降低导致退相干的噪声和自发辐射损耗。这样可以使连接更加牢固,从而加快了循环时间。

第一作者Kazuki Koshino说:“在我们的解决方案中,滤波器量子比特就像非线性镜子一样,由于相消干扰而完全反射量子比特的辐射,但由于吸收饱和而传输强大的控制脉冲。”

这项研究有助于实现在每个业务和研究实验室中都能找到量子计算机的未来。许多运营研究公司希望使用量子计算机来解决对于传统计算机而言过于繁琐的优化问题,而化学家则希望使用它们来模拟分子内部原子的运动。

资深作者Yasunobu Nakamura表示:“包括IBM和谷歌在内的公司都在不断改进量子计算机。随着它们更快、更强大,它们可能会更加普及。”

 

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作者 量子计算最前沿            编辑 Sakura