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量子計算機|工程師開發了一種量子存儲方法，為光學量子計算機的發展鋪平道路

重器量子計算機

量子計算機|工程師開發了一種量子存儲方法，為光學量子計算機的發展鋪平道路


【量子計算機|工程師開發了一種量子存儲方法，為光學量子計算機的發展鋪平道路】藝術家的插圖描繪了鐿離子與周圍的原釩酸釔晶體的量子自旋 。 原子的自旋態可以用作處理單元（如計算機芯片上的晶體管） 。 通過使用鐿同時控制四個釩原子 ， 工程師們能夠實現一個 2 量子位處理器 ， 這是開發量子計算機和量子網絡的重要組成部分 。
新技術可以使量子網絡成為可能 。
加州理工學院的工程師開發了一種量子存儲方法 ， 可以幫助為大規模光學量子網絡的發展鋪平道路 。
新系統依賴于核自旋——原子核的角動量——以自旋波的形式集體振蕩 。 這種集體振蕩有效地鏈接了幾個原子來存儲信息 。
這項工作在發表在《自然》雜志上的一篇論文中有所描述 ， 它利用了由鐿 (Yb) 離子制成的量子比特（或量子比特） ， 鐿離子是一種也用于激光器的稀土元素 。 該團隊由應用物理和電氣工程教授 Andrei Faraon (BS '04) 領導 ， 將離子嵌入到原釩酸釔 (YVO4) 的透明晶體中 ， 并通過光學和微波場的組合操縱其量子態 。 然后 ， 該團隊使用 Yb 量子位來控制晶體中多個周圍釩原子的核自旋狀態 。
“根據我們之前的工作 ， 單個鐿離子被認為是光學量子網絡的優秀候選者 ， 但我們需要將它們與額外的原子聯系起來 。 我們在這項工作中證明了這一點 ， ” Nature論文的共同通訊作者 Faraon 說 。
該設備是在加州理工學院的 Kavli 納米科學研究所制造的 ， 然后在 Faraon 的實驗室中進行了非常低的溫度測試 。
一種利用糾纏核自旋作為量子存儲器的新技術受到核磁共振 (NMR) 方法的啟發 。
“為了將量子信息存儲在核自旋中 ， 我們開發了類似于醫院使用的 NMR 機器的新技術 ， ”加州理工學院博士后研究員、該論文的共同通訊作者 Joonhee Choi 說 。 “主要挑戰是調整現有技術以在沒有磁場的情況下工作 。 ”
該系統的一個獨特之處在于 ， 釩原子按照晶格的規定在鐿量子位周圍預先確定了位置 。 團隊測量的每個量子比特都有一個相同的內存寄存器 ， 這意味著它將存儲相同的信息 。
“可重復且可靠地構建技術的能力是其成功的關鍵 ， ”該論文的第一作者、研究生 Andrei Ruskuc 說 。 “在科學背景下 ， 這讓我們對鐿量子比特與其環境中的釩原子之間的微觀相互作用獲得了前所未有的洞察力 。 ”
這項研究是 Faraon 實驗室為未來量子網絡奠定基礎的更廣泛努力的一部分 。
量子網絡將通過在量子而非經典水平上運行的系統連接量子計算機 。 理論上 ， 量子計算機有朝一日能夠利用量子力學的特殊特性（包括疊加）比經典計算機更快地執行某些功能 ， 疊加允許量子比特同時將信息存儲為 1 和 0 。
與經典計算機一樣 ， 工程師希望能夠連接多臺量子計算機以共享數據并協同工作——創建一個“量子互聯網” 。 這將為多種應用打開大門 ， 包括解決單個量子計算機無法處理的大型計算的能力 ， 以及使用量子密碼學建立牢不可破的安全通信 。

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