量子计算机的突破：更好，更快的量子位的新蓝图

时间：2022-01-05 08:52:09 来源：

Paul Scherrer Institute PSI的研究人员提出了详细计划，说明如何更快，更好地定义量子位（qubits）。中心元素是来自所谓稀土金属类别的磁性原子，这些原子将被选择性地植入材料的晶格中。这些原子中的每一个代表一个量子位。研究人员展示了如何激活，纠缠，用作存储位并读出这些量子位。他们现在已经在 PRX Quantum

在通往量子计算机的道路上，最初的要求是创建所谓的量子位或“量子位”：与经典位不同，存储位不仅可以采用零和一的二进制值，而且还可以采用以下任意组合：这些状态。PSI研究人员Manuel Grimm解释说：“有了这种技术，全新的计算和数据处理成为可能，这对于特定的应用意味着极大的计算能力加速。”

Manuel Grimm是Paul Scherrer研究所的理论物理学家，致力于构建未来的量子计算机。

作者描述了如何在磁性固体中实现逻辑位和对其的基本计算机操作：量子位将驻留在稀土元素类别的单个原子上，该原子内置于主体材料的晶格中。根据量子物理学，作者计算出稀土原子的核自旋将适合用作信息载体，即量子位。他们进一步提出，目标激光脉冲可以将信息瞬间转移到原子的电子上，从而激活量子位，从而使周围原子可见其信息。两个这样的激活的量子位彼此通信，因此可以被“纠缠”。纠缠是具有多个粒子或量子位的量子系统的一种特殊性质，这对于量子计算机是必不可少的：一个量子比特的测量结果直接取决于其他量子比特的测量结果，反之亦然。

更快意味着更少出错

研究人员演示了如何使用这些量子位来产生逻辑门，最著名的是“受控非门”（CNOT门）。逻辑门是经典计算机也用来执行计算的基本构建块。如果将足够多的这种CNOT门以及单量子位门组合在一起，则每种可能的计算操作都将成为可能。因此，它们构成了量子计算机的基础。

本文并不是首次提出基于量子的逻辑门。“但是，我们的激活和纠缠量子位的方法比以前的可比较提议具有决定性的优势：它至少快十倍。”格林说。但是，优点不仅在于基于此概念的量子计算机可以计算的速度；最重要的是，它解决了系统对错误的敏感性。量子位不是很稳定。如果纠缠过程太慢，则某些量子位同时会丢失其信息的可能性更大。 Grimm解释说。最终，PSI研究人员发现了一种制造此类量子计算机的方法，该方法不仅速度至少是同类系统的十倍，而且在相同因素下更不易出错。

参考：“使用稀土离子的电核波函数进行通用量子计算”，Manuel Grimm，Adrian Beckert，Gabriel Aeppli和MarkusMüller，2021年1月21日，PRX Quantum.DOI：
10.1103 / PRXQuantum.2.010312

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