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|光学布线新技术：有望用于打造大型量子计算机( 二 )


|光学布线新技术：有望用于打造大型量子计算机
本文插图

（图片来源：Chiara Decaroli / ETH Zurich）
几年前 ， 目前这项研究的几位作者和美国麻省理工学院（MIT）以及麻省理工学院林肯实验室一起开展的一项研究工作已经证明 ， 这个方案原则上可行 。 现在 ， 苏黎世联邦理工学院的研究小组将这项技术发展和完善到一个程度 ， 使之可用于实现不同原子之间的低误差量子逻辑门 ， 这是打造量子计算机的重要前提 。
在传统计算机芯片中 ， 逻辑门用于执行逻辑运算 ， 例如与（AND）或者或非（NOR） 。 为了打造量子计算机 ， 我们必须保证可以在量子位上执行这样的逻辑运算 。 这么做存在的问题就是 ， 作用于两个甚至更多量子位的逻辑门对于扰动特别敏感 。 这是由于它们创造出来的量子力学状态是脆弱的 ， 在这种状态下 ， 两个离子同时处于叠加态 ， 也称为纠缠的状态 。
下图所示：ETH 研究人员的新型芯片的横截面图 。 金电极用于囚禁离子 ， 而激光被直接引导至光学层中的离子 。
|光学布线新技术：有望用于打造大型量子计算机
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（图片来源：Chiara Decaroli / ETH Zurich）
在这样的一种叠加态中 ， 两个离子无需直接接触 ， 对一个离子进行测量会影响到另一个离子的测量结果 。 这些叠加态制造得有多好 ， 那么这些逻辑门工作得就有多好 ， 这些都是通过所谓的“保真度”来表达的 。 作为博士生参与这个实验的马切伊·马林诺夫斯基（Maciej Malinowski）表示：“通过这个新型芯片 ， 我们可以实现两个量子位的逻辑门 ， 并使用它们制造出纠缠状态 。 迄今为止 ， 这种保真度只在最佳的传统实验中实现过 。 ”
因此研究人员表示 ， 他们的方案对于未来离子阱量子计算机来说非常有意义 ， 因为它不仅极度稳定而且可扩展 。 他们目前正在研究不同的芯片 ， 打算一次可以控制多达10个量子位 。 此外 ， 他们正在研究新的设计 ， 通过光学布线来实现快速精准的量子运算 。
关键词
量子、离子、逻辑、芯片、光学
参考资料
【1】Karan K. Mehta, Chi Zhang, Maciej Malinowski, Thanh-Long Nguyen, Martin Stadler, Jonathan P. Home.Integrated optical multi-ion quantum logic.Nature, 2020; 586 (7830): 533 DOI: 10.1038/s41586-020-2823-6
【2】https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/10/optische-verdrahtung-fuer-grosse-quantencomputer.html


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