量子计算新突破,耶鲁科学家成功在两量子比特

2019-07-07 18:27栏目:奥门新萄京娱乐场
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编辑:大明

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该研究成果发表在9月5日《自然》期刊网络版上。

这一现象在技术上已通过实验证明,但直到现在,这一过程还没有进行可靠的实时执行和测量,而该技术对量子计算机的实现至关重要。

论文摘要

图 | 证明量子门实现的实验设备(来源:Nature)

Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits

来源:phys.org、Nature

要实现这一目标,量子门也需要共享。

论文地址:

而现在,量子计算机工程师通过模块化结构,将较小的量子系统组建成较大的量子系统以抵消错误。

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图 | 耶鲁大学所研发的模块化量子计算设计示意图(来源:yale.edu)

【新智元导读】耶鲁大学研究人员发现了构建模块化量子计算机架构的关键步骤之一:在两个量子位之间实现量子门的“传送”,而非依赖任何直接的相互作用。量子门是单量子系统网络计算中必不可少的架构,研究人员认为该架构有望消除量子计算处理器中的固有错误。

通过量子门传输信息,听起来似乎很科幻。但这与在星际迷航中的传送并不是一回事。

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传统计算机的逻辑门,计算位是 1 或 0 的确定状态。但是,量子版本的逻辑门,原先的确定状态变成了 1 和 0 的不确定状态,即叠加态。同时,这一状态当有任何“观测性”行为发生时,则会坍缩为确定的 0 或1 状态。更糟的是,这种让量子态塌缩的“观测性”行为很容易发生,这就让量子计算机对环境提出很高的要求。

确定性的量子传送CNOT门示意图

图 | 9 月 5 日 Nature 杂志刊登量子门研究(来源:Nature)

通过这种可纠错编码,我们的传送量子门实现了79%的过程保真度。传送量子门对容错量子计算起着重大作用,在网络中实现时,可以在量子通信,计量和模拟中具有广泛的应用。

新研究基于量子隐形传态(quantum teleportation)技术,该技术在以前的实验中曾被用于在两者间用非物理手段传输未知的量子态。基于 20 世纪 90 年代的理论,耶鲁大学的研究人员在实验中实现了不基于任何直接相互作用的量子运算(即“量子门”)。这种量子门的设计基于由独立量子系统所构建的量子网络,业内专家认为此类设计将能消除源自量子物理本身,量子处理器运算过程中所出现的运算错误。

这一体系结构中的模块彼此之间处于自然隔离状态,从而简化了通过大型系统带来的不必要的交互过程。研究人员表示,这种隔离状态也让模块间操作成为一项独特的挑战。而传送则是实现模块间操作的一种方式。

奥门新萄京娱乐场 ,研究人员在一个蓝宝石芯片中实现了这种量子比特的传送。同时,通过应用可纠错编码,这一过程的可靠性为 79%

量子计算是通过名为“量子位”的精细数据位完成的,这些数据很容易出错。在实验性的量子系统中,“逻辑”量子位由“辅助”量子位监视,以便立即检测和纠正错误。 “我们的实验也是逻辑量子位之间两量子位运算的首次演示,”Schoelkopf表示。 “这是使用可纠错的量子位进行量子信息处理的一个里程碑。”

在经典计算机中,计算位的操作被称为逻辑门。就如角斗士竞技场一样,在逻辑门中两个计算位进入,而最终只输出一个计算位。门以不同的形式选择两者中的胜者。逻辑门是组成数字系统的基本结构,通常组合使用不同的逻辑门实现更为复杂的逻辑运算。

现在,研究人员通过实验传送了CNOT门,使用实时自适应控制将传送操作确定下来。此外,我们在两个逻辑量子位之间设置量子门,在超导腔的状态下冗余编码量子信息,朝着实现稳健、可纠错的模块化迈出了关键一步。

目前,耶鲁量子研究所由首席研究员 Robert Schoelkopf 和前研究生 Kevin Chou 所领导的研究小组正在研究量子计算的模块化方法。研究人员表示,模块化设计已被证明是构建大型复杂系统的有效解决方案,从 SpaceX 的火箭引擎到生物细胞中的组织,模块化可谓是无处不在。而预期的量子计算模块化结构将由一组模块构成,用以将小型量子处理器连接到一个更大的网络中。

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参考:

此研究发表在9月5日的《自然》期刊网络版上

原标题:耶鲁科学家成功在两量子比特间“传送”量子门,为可纠错量子位设计铺路

耶鲁大学的研究人员通过实验,使用上世纪90年代的理论证明了在两个量子位之间实现量子门的“传送”,是构建未来量子计算机架构的关键步骤之一,而非依赖于任何直接的相互作用。

这些计算位通过门的操作相互作用,构成了最终你想要得到的计算的基础。

原标题:量子计算新突破!耶鲁科学家把量子门“传送”了

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