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视频科学家首次在硅基质上成功实现高保真度的量子纠缠比特

发布时间:2020-03-23 11:29:36 阅读: 来源:厚料机厂家

虽然距离量子计算的实际采取仍有些光阴,但是最近的研究仿佛将它往前极大地推动了一把。在基于硅片的量子计算基础模块将量子信息存储30秒钟以后,新南威尔士大学的科学家们现在又违背了经典物理学的一个原理,在硅基质上首次演示了一堆纠缠的高保证度量子比特。这1进展有助于释放出一种新型的计算方式,并且影响到从数据加密到药物设计、隔夜交付至亚原子粒子实验等各个方面。

这项研究使用了一个磷原子(phosphorus atom)的原子核和电子作为两个纠缠量子比特。

数学关系上有一个名叫“贝尔不等式”(Bell's inequality),其对两个粒子能够相干联的强度施加了一个限制,而无需违背掌管经典物理学的两个直观原则。

局域性(locality)表示在一个地方产生了甚么,仅会遭到附近对象的影响;而现实性(realism)则意味着不管视察与否,实物都是存在的。

但当两个量子粒子密切联系(或谓‘纠缠’)的时候,它们的相关性就强到足以打破这些原则,并产生爱因斯坦所说的“幽灵般地超距离作用”。

新南威尔士大学(UNSW)的科学家们首次在硅上创建了两个具有记录保证度(record fidelity)的量子纠缠比特,这为靠谱的大规模可伸缩的量子计算机铺平了道路。

虽然有可能在不违背等式的情况下实现纠缠,但在量子计算的背景下,这1违例却是可取的——由于这意味着量子位操作是更加可靠且实用,其行动可用于更快的数据处理。

Andrea Morello教授及其团队已首次在硅上实现了违背贝尔不等式的演示,这位可靠且高伸缩性的量子计算铺平了道路。

为了实现这一点,科学家们在硅-28(常见的硅同位素)基质上,利用了磷原子的核自旋和电子。如此一来,它们就可以在所有4种可能的纠缠态中产生高保真。

这1进步的关键是在两个量子比特间实现一个非常强烈的相关性,这类关联是一个重要的指标,由于它会直接影响量子运算的保真度。

身处UNSW实验室的项目组长Andrea Morello(左)、首席作者Stephanie Simmons(中)、和Juan Pablo Dehollain(右)。

根据贝尔的原则,在这类范围上,经典粒子之间的相关性不能超过2个,且纠缠粒子的最大可能数(maximum possible figure)要略低于2.83。

MOrello的团队创纪录地将之拉低到了接近理想的2.70这个值,换算成保真度的话,则是非常高的96%-97%。

Morello在接受Gizmag采访时表示:“当你看需要准备甚么以取得纠缠态的丈量,就会发现即便在实验任意阶段的最轻微缺点,都会让贝尔值迅速下落”。

“从某种意义上来讲,贝尔测试就是一个限定全部实验是如何完善的单一数值,但是这却是很无情的。我们这里展现的是在世界上实现的最好的量子位,我们有能力以近乎完善的准确性处理它们”。

伪彩电子显微镜下的硅纳米电子设备图象,其中包括了用于演示量子纠缠的磷原子。

在未来的实验中,将会探讨核自旋将如何帮助在两个电子量子比特之间建立逻辑门。而后精力又会被转移到打造更久长的存储器和正确的架构上,以构建可以利用更多纠缠量子比特的误差检验量子计算机。

Morello表示:“这个特殊的进展从范围上说还不是非常给力,由于它借助的是同一个原子中的电子和原子核,这也是为什么我们下一步要纠缠两种不同原子的缘由”。

“不过这依然重要,由于我们已经学到了很多如何让‘写量子信息’这1进程近乎完善的方法。一旦你有了很多的原子,就可以让它们成对缠绕,或让它们以更大的范围缠绕。旋转缠绕的越多,计算机的代码能力就会越强”。

Quantum computer coding in silicon now possible

该团队的部份工作还包括演示一种让两个原子在非常远的距离(1cm / 0.4 in)纠缠的新方法:

我们对此有着非常明晰的目标,那就是让硅基[量子计算机]在4到5年的时间里达成10个[或更多的]量子比特。

这个临界点取决于我们的标准化工业制造流程能够整合多少个量子位。我们希望在硅基质上的这些工作,能够比竞争对手具有更巨大的优势。

有关这项研究的详细内容,已发表在近期的《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊上。

[编译自:Gizmag , 来源:UNSW]

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