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离子阱量子计算机研究工作取得进展

发布时间: 2020-09-10 10:18:09   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

华盛顿研究人员首次设计了一个在低温条件下工作的完全连接的32量子比特离子阱量子计算机存储器。这一新系统是发展实用量子计算机的重要一步。

来自杜克大学的金俊基(Junki Kim)将在OSA量子2.0会议上介绍新的硬件设计,该会议是OSA光学和激光科学领域的前沿机构APS/DLS(Fio+LS)将于914日至17日举办的网络会议。

量子计算机不使用只能是01的传统计算机比特,而是使用可以在计算状态叠加的量子比特。这使得量子计算机能够解决对传统计算机来说过于复杂的问题。

离子阱量子计算机是量子计算最有前途的量子技术之一,但要创造出足够的量子位元以供实际使用却是一项挑战。离子阱量子计算机将离子冷却到极低的温度,允许它们悬浮在超高真空的电磁场中,然后用精确的激光操纵形成量子比特。

到目前为止,在大规模离子阱系统中实现高计算性能受到以下因素的阻碍:与干扰离子链的背景分子的碰撞、驱动离子所看到的逻辑门的激光束的不稳定性以及来自通常用于制造纠缠激发离子的运动的俘获电极的电场噪声。

金俊基和他的同事们通过引入引人注目的新方法来应对这些挑战。离子被困在一个局部的超高真空外壳内的振动最小的封闭循环恒温器冷却到4K温度。 这种方法消除了由于与环境中的残余分子碰撞而产生的量子位链的扰动,并强烈抑制了量子阱表面的反常加热。

为了实现干净的激光束轮廓和最小误差,研究人员使用光子晶体光纤连接驱动量子位门的拉曼光学系统的各个部分和量子电路的模块。此外,操作量子计算机所需的精密激光系统被设计成从光学工作台上取下并安装在仪器架上。然后用单模光纤将激光束传递给系统。他们采用了设计和实现光学系统的新方法,从根本上消除机械和热不稳定性,为离子阱量子计算机创建一个转键激光装置。

研究人员已经证明,该系统能够实现离子量子位链的自动按需加载,并且能够使用微波场进行简单的量子位操作。该团队在实现纠缠门方面取得了坚实的进展,其方式可以扩展到满32位量子比特。

在未来的工作中,并与计算机科学家和量子算法研究人员合作,该团队计划将特定于硬件的软件与离子阱量子计算硬件集成在一起。该系统由完全连接的离子阱量子位元和硬件专用软件组成,为实用的离子阱量子计算机奠定了基础。

这项工作是由NSF资助的多机构量子协同设计软件辅助架构(STAQ)项目的一部分,该项目由杜克大学的肯尼斯·布朗(Keneth Brown)领导。

 

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