1981年,理查德费曼提出量子计算机可能能够比传统计算机更好地模拟量子系统的演变。 除了几个原理验证实验之外,还没有制造出量子计算机。

虽然研究人员已经成功地制造出了足以参与计算的量子位,使量子位元能够形成足够大的量子寄存器,但迄今为止,还没有任何实际用途。寄存器在计算期间只能暂时保存在处理器内的数据。

20个纠缠的量子位使量子计算机更近了!-量子客

这张概念图像显示了一串20个原子纠缠在一起现象。 奥地利因斯布鲁克实验室的研究人员观察到纠缠对[蓝色]三联体[粉红色]和四联体[黄色]。

        上周,来自德国和奥地利的研究团队在《Physical Review》上发表的研究结果重新点燃了人们对量子计算机的追求。他们报告了一个20个量子位的量子寄存器,当它们纠缠时,可以存储超过100万个量子态。

        为了创造单个的量子位,研究人员在一个静电陷阱中捕获了20个钙离子。一个电场使这些离子变成单线。另一个是,横向电场把它们推到一起,使它们占据5微米的位置。

        这些钙离子有一个外价电子,它的旋转可以占据两个状态,向上或向下。这是量子位的两个量子态,0或1。但是一个量子位也可以占据两个值都处于叠加态的状态。。

        当两个叠加的量子位也纠缠在一起时,它们可以一起存储量子比特量子态的所有可能组合,从而产生四个值。 向纠缠对添加另一个量子位将使组合的数量增加一倍,从而使可以存储的值增加一倍,依此类推。 在20次这样的加倍之后,20个纠缠的量子位可以存储2个20或1,048,576个值。

        虽然这听起来令人印象深刻,但在经典计算方面,这个数字太小而无法执行量子计算。 与经典的计算机不同,该程序在程序规定的大量连续步骤之后处理计算,而qubit寄存器一次接收完整指令进行计算,并在单个进程中几乎瞬时显示结果。 因此,量子寄存器必须包含足够的量子位,至少有几千个量子位才能吸收计算指令。

        为了使单个的钙离子纠缠在一起,研究人员使用激光束将离子导入到不同的量子状态(1,0,1,0,1…)。 他们用一束非常窄的激光束,一个宽的波长射线,利用精密的光学仪器来击中阵容中的交变离子。

        德国乌尔姆大学的物理学家 马丁 普莱尼奥 说:“我们使用了一种声波装置,它能使激光束在非常小的距离上偏转。”然后一束新的激光束,两个波长宽的,对准了被操纵的队列。这导致量子比特之间交互,形成纠缠的量子。

        最初,字符串中的近邻将被纠缠,但是快速纠缠的对变成三个体,然后四个,然后五个,等等,直到整个链被纠缠,Primio解释说:“它像一个波浪一样通过系统传播。”

        一旦整个链条的缠结被认为完成(完整的),单个离子的状态就可以用激光识别出来,这样散射的光就可以让研究团队确定离子的量子态。 “你实际上可以在光学显微镜下看到各个离子,”Plenio说道。

        然而,量子力学只允许你看一次。 “每次进行测量时,都会破坏纠缠态。 所以测量是在纠缠后不久进行的,并且这个重复了数千次。 这使我们能够建立统计数据,并且借此,我们更多地了解了量子态,“Plenio解释道。

        下一步是用50个离子阵列重复实验,Plenio说:“我们现在有50个离子的阵容,但我们必须学会如何控制它们。”并且解释结果也不容易。 “许多纠缠量子位的量子态系统变得非常复杂,”他说。

        这将需要大量的微调和新的方法来研究大量的纠缠量子位。 “随着我们研究越做越大,我们意识到我们必须检查我们正在做的事情,”现在在奥地利量子光学和量子信息研究所的Ben Lanyon说。

        然而,加拿大滑铁卢大学的罗杰·梅尔科对此持乐观态度。“这种对单个量子位量子特性的精确控制的演示,预示着继续向神圣的graila(真正的量子计算机)进军的好兆头。”