一個國際研究人員團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種加速量子計算的新方法，可以為計算機(jī)處理能力的巨大飛躍鋪平道路。

諾丁漢大學(xué)和斯德哥爾摩大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)使用一種新的實驗方法加快了被困離子量子計算的速度。他們的結(jié)果剛剛發(fā)表在《自然》上。

在傳統(tǒng)的數(shù)字計算機(jī)中，邏輯門由作為基于硅的電子設(shè)備的操作位組成。信息以位的兩個經(jīng)典狀態(tài)(“ 0”和“ 1”)編碼。這意味著經(jīng)典計算機(jī)的容量會隨著位數(shù)的增加而線性增加。為了應(yīng)對新興的科學(xué)和工業(yè)問題，人們建造了大型計算設(shè)備或超級計算機(jī)。

量子糾纏增強(qiáng)能力

使用量子門操作量子計算機(jī)，即對由微觀量子粒子(例如原子和分子)制成的量子位(qubit)的基本電路操作。量子計算機(jī)中一種根本上新的機(jī)制是利用量子糾纏，量子糾纏可以將兩個或一組量子位綁定在一起，從而經(jīng)典物理學(xué)不再描述它們的狀態(tài)。量子計算機(jī)的容量隨量子位的數(shù)量呈指數(shù)增長。量子糾纏的有效使用極大地增強(qiáng)了量子計算機(jī)的能力，使其能夠處理包括密碼學(xué)，材料和醫(yī)學(xué)在內(nèi)的領(lǐng)域中的難題。

在可用于制造量子計算機(jī)的不同物理系統(tǒng)中，俘獲離子引領(lǐng)了該領(lǐng)域多年。大規(guī)模捕獲離子量子計算機(jī)的主要障礙是隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，計算操作的速度降低。這項新的研究可能已經(jīng)找到了解決這個問題的方法。

實驗工作是由馬庫斯·亨里希(Markus Hennrich)在SU小組使用巨型里德堡離子進(jìn)行的，比正常原子或離子大100倍。這些巨大的離子具有高度的交互性，并在不到一微秒的時間內(nèi)交換量子信息。它們之間的相互作用產(chǎn)生了量子糾纏。斯德哥爾摩大學(xué)的Chi Zhang及其同事使用糾纏相互作用進(jìn)行了量子計算操作(糾纏門)，其速度比捕獲離子系統(tǒng)中的典型速度快約100倍。

張馳解釋說：“通常，在更大的系統(tǒng)中，量子門會變慢。通常我們的量子門和里德伯格離子門都不是這種情況!我們的門可能會使量子計算機(jī)放大到真正有用的尺寸!”

支持實驗和研究誤差源的理論計算已經(jīng)由Weibin Li(英國諾丁漢大學(xué))和Igor Lesanovsky(英國諾丁漢大學(xué)以及德國圖賓根大學(xué))進(jìn)行。他們的理論工作證實，一旦離子晶體變大，確實不會出現(xiàn)減速的趨勢，這凸顯了可擴(kuò)展量子計算機(jī)的前景。

諾丁漢大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院助理教授李衛(wèi)斌補(bǔ)充說：“我們的理論分析表明，被困的里德伯格離子量子計算機(jī)不僅速度快，而且具有可擴(kuò)展性，使得大規(guī)模量子計算成為可能，而無需擔(dān)心環(huán)境聯(lián)合的理論和實驗工作表明，基于俘獲的里德堡離子的量子計算為實現(xiàn)快速量子門開辟了一條新途徑，同時可能克服其他系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的許多障礙。”

目前，該團(tuán)隊正在努力糾纏大量離子，并實現(xiàn)更快的量子計算操作。