如何在一个量子芯片上同时操作多个量子比特

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量子技术虽然目前还未得到应用,但科学界和技术业界都对此一直认为是代表未来的技术,最近有科学家研究了如何在一个量子芯片上同时操作多个自旋量子比特的技术。

哥本哈根大学的量子物理学家近日为丹麦赢得了在量子技术领域的一项国际成就。通过在同一个量子芯片上同时操作多个自旋量子比特,他们攻克了通往未来超级计算机道路上的一个关键障碍。这项成就预示着可以将半导体材料作为固态量子计算机平台使用。

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在迈向大型功能性量子计算机的全球马拉松中,一个令人头痛的工程问题是同时控制许多基本的存储设备--量子比特。这是因为一个量子比特的控制通常会受到同时应用于另一个量子比特的控制脉冲的消极影响。

现在,哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的一对年轻的量子物理学家--博士生,现在是博士后,29 岁的费德里科·费德勒(Federico Fedele)和 32 岁的助理教授阿纳苏阿·查特吉(Anasua Chatterjee),在副教授费迪南德·库姆梅斯(Ferdinand Kuemmeth)的小组工作,已经成功克服了这个障碍。

科学家们试图建立的量子计算机的大脑将由许多量子比特的阵列组成,类似于智能手机微芯片上的比特。它们将构成机器的存储器。著名的区别是,普通比特可以在1或0的状态下存储数据,而量子比特可以同时驻留在两种状态下--被称为量子叠加--这使得量子计算的功能成倍增加。

Fedele 解释说:“从广义上来讲,它们由被困在被称为量子点的半导体纳米结构中的电子自旋组成,这样单个自旋状态可以被控制并相互纠缠”。

自旋量子比特的优点是可以长时间保持其量子状态。这有可能使它们比其他平台类型的计算速度更快、更无缺陷。而且,它们是如此的微小,以至于比起其他的量子比特方法,它们可以被挤到一个芯片上。

量子比特越多,计算机的处理能力就越强。UCPH 团队通过在单个芯片上以 2×2 阵列的形式制造和操作 4 个量子比特,扩展了技术水平。

到目前为止,量子技术的最大焦点是生产出越来越好的量子比特。Anasua Chatterjee 解释说,现在的问题是让它们相互沟通。

他表示:“现在我们已经有了一些相当好的量子比特,游戏的名称是将它们连接到可以操作众多量子比特的电路中,同时也要足够复杂,能够纠正量子计算错误。到目前为止,自旋量子比特的研究已经达到了电路包含2×2或3×3量子比特阵列的程度。问题是,他们的量子比特一次只能处理一个”。

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