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大型雙門(mén)冷熱溫控試驗(yàn)箱模擬不同環(huán)境
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廣皓天
日本理化學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)將可糾纏的硅基自旋量子比特的數(shù)量從兩個(gè)增加到三個(gè)，突出了自旋量子比特實(shí)現(xiàn)多量子比特量子算法的潛力。量子計(jì)算機(jī)有可能在進(jìn)行某些類型的計(jì)算時(shí)將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)甩在身后。它們基于量子位，或稱量子比特，相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的比特的量子。
盡管沒(méi)有其他一些量子比特技術(shù)那么成熟，但被稱為硅量子點(diǎn)的微小硅塊具有一些特性，使其對(duì)實(shí)現(xiàn)量子比特具有高度吸引力。這些特性包括長(zhǎng)相干時(shí)間、高保真電氣控制、高溫操作和巨大的可擴(kuò)展性潛力。然而，要有效地連接幾個(gè)硅基自旋量子比特，關(guān)鍵是要能夠糾纏兩個(gè)以上的量子比特，這是物理學(xué)家們迄今為止一直無(wú)法攻克的成就。
理化學(xué)研究所新興物質(zhì)科學(xué)中心的Seigo Tarucha和五位同事現(xiàn)在已經(jīng)在硅中初始化并測(cè)量了一個(gè)具有高保真度的三量子比特陣列(量子比特處于預(yù)期狀態(tài)的概率)。他們還將三個(gè)糾纏的量子比特組合在一個(gè)設(shè)備中。
這個(gè)演示是朝著擴(kuò)展基于自旋量子比特的量子系統(tǒng)的能力邁出的第一步。"兩量子位操作足以進(jìn)行基本的邏輯計(jì)算，"Tarucha解釋說(shuō)。"但三量子比特系統(tǒng)是擴(kuò)大規(guī)模和實(shí)施糾錯(cuò)的最小單位。"
該團(tuán)隊(duì)的裝置由硅/硅-鍺異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的三量子點(diǎn)組成，并通過(guò)鋁門(mén)控制。每個(gè)量子點(diǎn)可以承載一個(gè)電子，其自旋上升和自旋下降狀態(tài)可以編碼一個(gè)量子比特。一個(gè)片上磁鐵產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)梯度，將三個(gè)量子比特的共振頻率分開(kāi)，這樣它們就可以被單獨(dú)處理。
研究人員首先通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙量子位門(mén)將其中的兩個(gè)量子位糾纏在一起，這是一個(gè)小型的量子電路，構(gòu)成了量子計(jì)算設(shè)備的組成部分。然后他們通過(guò)結(jié)合第三個(gè)量子位和門(mén)實(shí)現(xiàn)了三量子位的糾纏。由此產(chǎn)生的三量子位狀態(tài)具有88%的顯著高的狀態(tài)保真度，并處于可用于糾錯(cuò)的糾纏狀態(tài)。
"這個(gè)演示只是帶來(lái)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的雄心勃勃的研究過(guò)程的開(kāi)始。"Tarucha說(shuō)："我們計(jì)劃使用三量子比特裝置演示原始的糾錯(cuò)，并制造出具有十個(gè)或更多量子比特的裝置。今后還將計(jì)劃開(kāi)發(fā)50到100個(gè)量子比特，并實(shí)施更復(fù)雜的糾錯(cuò)協(xié)議，為在十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)鋪平道路。"
(原標(biāo)題：量子計(jì)算的突破：三個(gè)自旋立方體的糾纏在硅中得以實(shí)現(xiàn))
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