量子計算的突破：三個自旋立方體的糾纏在硅中得以實現(xiàn)

2021-09-07 09:21:27來源：cnBeta 關鍵詞：量子計算量子計算技術閱讀量：21033

導讀：研究人員首先通過實現(xiàn)一個雙量子位門將其中的兩個量子位糾纏在一起，這是一個小型的量子電路，構成了量子計算設備的組成部分。

　　日本理化學研究所團隊將可糾纏的硅基自旋量子比特的數(shù)量從兩個增加到三個，突出了自旋量子比特實現(xiàn)多量子比特量子算法的潛力。量子計算機有可能在進行某些類型的計算時將傳統(tǒng)計算機甩在身后。它們基于量子位，或稱量子比特，相當于傳統(tǒng)計算機使用的比特的量子。

　　盡管沒有其他一些量子比特技術那么成熟，但被稱為硅量子點的微小硅塊具有一些特性，使其對實現(xiàn)量子比特具有高度吸引力。這些特性包括長相干時間、高保真電氣控制、高溫操作和巨大的可擴展性潛力。然而，要有效地連接幾個硅基自旋量子比特，關鍵是要能夠糾纏兩個以上的量子比特，這是物理學家們迄今為止一直無法攻克的成就。

　　理化學研究所新興物質科學中心的Seigo Tarucha和五位同事現(xiàn)在已經(jīng)在硅中初始化并測量了一個具有高保真度的三量子比特陣列(量子比特處于預期狀態(tài)的概率)。他們還將三個糾纏的量子比特組合在一個設備中。

　　這個演示是朝著擴展基于自旋量子比特的量子系統(tǒng)的能力邁出的第一步。"兩量子位操作足以進行基本的邏輯計算，"Tarucha解釋說。"但三量子比特系統(tǒng)是擴大規(guī)模和實施糾錯的最小單位。"

　　該團隊的裝置由硅/硅-鍺異質結構上的三量子點組成，并通過鋁門控制。每個量子點可以承載一個電子，其自旋上升和自旋下降狀態(tài)可以編碼一個量子比特。一個片上磁鐵產(chǎn)生了一個磁場梯度，將三個量子比特的共振頻率分開，這樣它們就可以被單獨處理。

　　研究人員首先通過實現(xiàn)一個雙量子位門將其中的兩個量子位糾纏在一起，這是一個小型的量子電路，構成了量子計算設備的組成部分。然后他們通過結合第三個量子位和門實現(xiàn)了三量子位的糾纏。由此產(chǎn)生的三量子位狀態(tài)具有88%的顯著高的狀態(tài)保真度，并處于可用于糾錯的糾纏狀態(tài)。

　　"這個演示只是帶來大規(guī)模量子計算機的雄心勃勃的研究過程的開始。"Tarucha說："我們計劃使用三量子比特裝置演示原始的糾錯，并制造出具有十個或更多量子比特的裝置。今后還將計劃開發(fā)50到100個量子比特，并實施更復雜的糾錯協(xié)議，為在十年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模量子計算機鋪平道路。"

　　(原標題：量子計算的突破：三個自旋立方體的糾纏在硅中得以實現(xiàn))

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