研究人員正在一條構建強大而實用的量子計算機的道路上

2020-08-31 工程學習


研究人員首次設計了一個完全連接的32量子量子計算機寄存器，在低溫溫度下運行。新系統是發展實用量子計算機的重要一步。

杜克大學的 Junki Kim 將在 9 月 14 日至 17 日首屆OSA Quantum 2.0大會上展示新的硬體設計，作為全虛擬活動與 OSA 光學和雷射科學前沿 APS/DLS （FiO + LS） 會議合二為一。

量子計算機不使用只能是零或零的傳統計算機位，而是使用可以疊加計算狀態的量子位。這使得量子計算機能夠解決傳統計算機過於複雜的問題。

困離子量子計算機是量子計算領域最有前途的量子技術之一，但是製造這些具有足夠量子位供實際應用的計算機一直具有挑戰性。

&34;Kim說。"該系統是導致長期可靠性的許多挑戰被直頭解決的最新系統。

擴展量子計算機

捕獲離子量子計算機將離子冷卻到極低的溫度，從而允許它們懸浮在超高真空中的電磁場中，然後用精確的雷射進行操縱，形成量子位。

迄今為止，由於與背景分子碰撞破壞離子鏈、驅動離子所見邏輯門的雷射束不穩定以及來自誘捕電極的電場噪聲（攪動通常用來製造糾纏）的運動，在大規模離子陷阱系統中實現高計算性能受到阻礙。

在這項新工作中，Kim和同事們通過採用非常新的方法應對了這些挑戰。離子被困在局部超高真空外殼中，在閉周期低溫恆溫冷卻至 4K 溫度下，振動最小。這種安排消除了由於與環境的殘餘分子碰撞而引起的量子鏈的幹擾，並強烈抑制了來自陷阱表面的異常加熱。

為了實現乾淨的雷射束輪廓和最小化誤差，研究人員使用光子晶體光纖連接拉曼光學系統的各個部分，這些光子系統驅動量子柵門——量子電路的構建基塊。此外，操作量子計算機所需的精密雷射系統被設計為從光學桌上起飛並安裝在儀器架上。然後用單模光纖將雷射束交付到系統中。他們採用新的方法來設計和實施光學系統，從根本上消除機械和熱不穩定，為被困離子量子計算機創建交鑰匙雷射裝置。

研究人員已經證明，該系統能夠自動按需加載離子量子鏈，並可以使用微波場進行簡單的量子位操作。該團隊在實施糾纏門方面正在取得紮實進展，其方式可以擴展到全部 32 個 qubit。

在未來的工作中，並與計算機科學家和量子算法研究人員合作，該團隊計劃將硬體特定的軟體與被困離子量子計算硬體集成。完全集成的系統，由完全連接的被困離子量子位和硬體特定的軟體組成，將為實用的被困離子量子計算機打下基礎。

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