近期,康士坦茨大学的Guido Burkard和他的理论物理研究小组已成功从理论上实现了量子信息处理。研究员已经找到了在短时间内屏蔽电和磁噪声的方法。在他们的理论研究中,可以使用自旋作为量子计算机的存储器,延长相干时间,在这段时间内可以完称成千上万次计算机操作。这项研究发表在最近一期的《物理评论快报》上。
QC资讯丨如何屏蔽量子比特?-量子客

由四个电子(红色)和它们的半导体环境(灰色)中的自旋(蓝色)组成的新自旋量子比特的示意图。

构建量子计算机的技术发展不仅取决于计算机和信息科学,理论物理学中的新见解对实现这项技术的进步也起到了决定性作用。每个计算机或通信设备都包含嵌入在物理系统中的信息。“在量子计算机中,我们使用自旋量子比特实现信息处理。”Guido Burkard教授解释道,他在和普林斯顿大学的同事进行的合作研究取得了这一重要的研究进展。目前这一理论成果的主要功臣是该研究的第一作者,来自康士坦茨大学的博士后研究员Maximilian Russ。在针对量子计算机展开的探索中,自旋量子比特及其磁性是科学家关注的焦点。为了在量子技术中使用自旋作为存储器,必须将它们排列起来,否则就不好对这些自旋进行精确控制了。“通常磁铁受磁场控制——就像在地球磁场控制罗盘针一样。”Guido Burkard解释道,“在我们的实验中,由于粒子非常小,磁体非常微弱,因而难控制他们。”物理学家通过电场和几个电子(本文举的例子是4个)形成量子比特的过程来迎接这一挑战。此外,他们不得不面对的另一个问题是电子自旋相当敏感和脆弱。即使在固态硅中,它们也会对外界干扰产生的电或磁噪声作出反应。目前的研究集中于如何屏蔽量子比特的理论模型和计算,这是量子计算机基础研究的一个重要贡献:如果能够屏蔽这种噪声,即时时间非常短暂,甚至不足1秒,也足以完成成千上万次计算机操作了。至少在理论上是这样。康斯坦茨大学的物理学家们下一步的工作是与他们搞实验研究的同事合作,对他们的理论成果进行实验测试。这是第一次,他们将使用4个电子进行实验,这可能要由在普林斯顿的研究合作伙伴实现。而康斯坦茨的物理学家提供理论依据,实验部分则由他们在美国的合作伙伴完成。除了这项研究,Konstanz现在还在进行其他量子比特相关的研究。让我们一起期待这位教授今后为量子计算领域带来更多重要的突破吧。

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