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硅胜!硅量子材料的转折点,两个自旋成分实现

日期: 2019-12-28 00:43 浏览次数 : 120

原标题:Silicon的胜利!作为量子硅材料的转折点,两个自旋组件首次实现了远程通信

量子计算是一种根据量子力学定律计算量子信息单位的新模型; 与传统的计算机位相比,qubits可以更快地处理,更适合查找高速数据并进一步提高网络安全性,这是人们期待已久的。

速度有多快? 成功启动量子计算机后,用户可能需要根据密码和信息来更改所有现有的保护方法: < / strong> 因为它适用于 在几秒钟内达到“暴力裂缝”。

尽管可以高效地进行计算,但是其内部数据传输方法类似于在综艺节目中经常使用的“消息集”-每个qubit都与最接近的qubit通信< / strong>,尽管它不会像戴着耳机那样佩戴游戏来传输错误信息,但这种“房子到房子”的信息传输方式似乎并不是一流且快速的。

但是现在普林斯顿大学研究小组 突破是他们拥有的信息传输限制证明了量子计算机的两个组成部分,即计算机芯片中硅量子位的“自旋”,即使它们相距很远也可以相互作用。 这项研究的结果将发表在最新一期的《自然》杂志上。 Felix Borjans,普林斯顿大学物理系学生,共同研究员Xanthe G. Croot,Michael J. Gullans,X。Mi,目前在Google工作“ Eugene Higgins”物理学老师Jason R. Petta已完成研究。

图片|研究小组的照片(来源: 普林斯顿大学的Felix Borjans)

量子比特信息开拓性传输的局限性

正如研究经理Jason R. Petta所说: 能够在硅芯片上传输有关此距离的信息的能力将为我们的量子材料提供新的功能。 “ < / span>

为了进行这项研究,Petta解释了: “我们的主要目标是在其中包含几个量子位 从长远来看,这项研究将有助于改善单芯片上的Qubit通信,并且

量子计算机具有巨大应用潜力的原因 ,主要将其与常规计算机的二进制文件进行比较,常规计算机的二进制文件的状态为0和1。但是,量子计算机还具有介于0和1之间的任意线性组合,该组合属于类似于“薛定ding的猫”的覆盖状态。如果将几个量子位组合在一起并且链接了这些重叠状态,则可以保存和计算更多数据。

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简而言之,在执行某些操作后,几个qubit不仅仅是“ 0”和“ 1”几个位的组合。您可以显示所有可能的位状态。 在计算中,使用qubit时,所有状态都将一起计算,从而可以大大加快计算速度。 如果仍然可以允许量子位连接超出“面对面”距离,则量子计算机的潜力可以得到进一步提高。

因此,成千上万个量子位相互通信是“未来”量子计算机项目的关键。 目前,来自Google,IBM和其他公司的量子计算机的原型已经包含数十个量子位。这些量子位都是使用超导电路技术制造的。是 但是许多技术专家认为: 从长远来看:基于有机硅量子位更有希望。

自旋量子位维持其量子状态的时间长于超导电路的量子位的量子状态时间。 作为日常生活中广泛用于电子组件的材料,硅的生产成本较低。但是,如果您使用硅,则面临一个重大挑战: 硅中的自旋量子位由单个电子组成,其大小由非常大小而难以建立良好的连接。

图|硅自旋量子位与另一个远程芯片进行通信(来源: 费城大学Felix Borjans)

为了解决此问题,研究人员通过“电线”连接了量子位。该“电线”的形状类似于连接到房屋的光缆。更多类似。 但是,区别在于导线实际上是一个狭窄的空腔,其中包含光或光子粒子。它从一个量子位接收信息,并将其发送到然后。

这两个量子位之间的距离大约为半厘米,对应于米粒的长度。 如果从大小的角度来看,每个量子位是房屋的大小,则该量子位可以在距北京1200公里的地方消失(北京到上海),则发送另一个量子位

传输信息的关键是让光子在不同的量子位之间以及在腔中“说相同的语言”。学习的关键。 研究人员试图将这三个粒子设置为相同的振动频率,最终成功设置了两个独立的粒子。量子位并将其耦合到光子。 以前,该设备的结构仅允许耦合量子位和光子。

第一作者和博士生Felix Borjans说: “您必须在qubit上保持平衡-双方的能量和光子能量可以使这三个元素相互交流,这是工作中非常困难的部分。

每个量子位都有一个标记为 ”双量子点“ 电子具有一种称为“自旋”的特性,可以向上或向下指向,就像指南针指向南北一样。 , 通过用微波场轰击电子,研究人员可以从上到下反转旋转,以将量子位控制在0或1的量子状态。

量子计算中的里程碑离行业更近

这项研究发表后,引起了物理学家的注意。 举世闻名的物理学研究门户网站Phys.org很快就发布了这一研究新闻。