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中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)室溫固態(tài)可編程量子處理器

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2019-01-31 21:43:14 字號(hào)：A- A A+ 來(lái)源：觀察者網(wǎng)

關(guān)鍵字: 量子計(jì)算

1月31日，觀察者網(wǎng)從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，首次在室溫大氣條件下實(shí)現(xiàn)基于固態(tài)自旋體系的可編程量子處理器。研究成果日前發(fā)表在《NPJ量子信息》上。

量子計(jì)算利用量子疊加性，能夠有效處理經(jīng)典計(jì)算科學(xué)中許多難以解決的問(wèn)題?？删幊塘孔佑?jì)算是量子計(jì)算走向?qū)嵱没囊粋€(gè)重要條件。對(duì)于經(jīng)典計(jì)算而言，用戶通常使用同一種硬件架構(gòu)就可以靈活地完成多種多樣的計(jì)算任務(wù)。但是目前絕大多數(shù)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)僅僅被設(shè)計(jì)來(lái)運(yùn)行特定的量子算法，如果要執(zhí)行新的量子算法，往往需要重新配置量子計(jì)算的硬件。可編程量子計(jì)算概念的提出就是用來(lái)解決這一問(wèn)題，它能夠在不改變硬件的前提下，僅需要配置這些量子處理器的若干參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)各種不同的量子算法。由于室溫固態(tài)體系中的量子比特通常面臨嘈雜的噪聲，其量子相干性非常容易受到破壞，因此在室溫固態(tài)體系中開(kāi)展可編程量子計(jì)算演示仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

兩比特Deutsch-Jozsa算法實(shí)驗(yàn)演示圖。 (a) 兩比特可編程量子處理器普適量子線路圖。(b) 和 (c) 兩比特Deutsch-Jozsa 算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，藍(lán)色為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，紅色為理想情況下的理論預(yù)期值，綠色為考慮實(shí)驗(yàn)體系中各類噪聲影響的理論預(yù)期值。

課題組利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實(shí)現(xiàn)了室溫固態(tài)自旋可編程量子處理器。研究人員利用綠色激光脈沖實(shí)現(xiàn)該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來(lái)執(zhí)行量子算法。他們?cè)O(shè)計(jì)了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執(zhí)行轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數(shù)。對(duì)于用戶而言，僅需要對(duì)這一系列參數(shù)進(jìn)行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了繁瑣而且昂貴的硬件重新配置。研究人員在該可編程量子處理器上成功運(yùn)行了Deutsch-Jozsa 算法和 Grover 搜索算法，算法的成功率超過(guò)80%。

預(yù)期在未來(lái)，通過(guò)提升該量子處理器的材料（金剛石）性能，將有助于進(jìn)一步提升算法的成功率。該工作展示了可編程量子處理器的靈活性，向構(gòu)筑室溫固態(tài)量子計(jì)算邁出了重要一步。

文章鏈接: https://www.nature.com/articles/s41534-019-0129-z
標(biāo)簽量子通信
- 原標(biāo)題：我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)室溫固態(tài)可編程量子處理器
- 責(zé)任編輯:呂棟
- 最后更新: 2019-01-31 21:48:11
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