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量子计算的分子方法

未来量子计算机背后的技术快速发展,有几种不同的进展方法。对于量子计算机而依赖于原子或人造原子样电路的许多策略或“蓝图”。在期刊的新理论研究中 物理评论X.一组CALTECH的物理学家展示了较小的研究方法的益处,其依赖于原子而不是分子。

“在量子世界中,我们在桌面上有几个蓝图,我们同时改进了所有的所有人,”Lee A. Dubridge Proddoctoral Scholar在理论物理学中的Lead Author Albert说。 “人们一直在考虑以自2001年以来使用分子来编码信息,但现在我们展示了如何更复杂的分子,这可能导致量子计算中的误差。”

在量子计算机的核心,是所谓的Qubits。这些类似于经典计算机中的比特,但是与经典比特不同,他们可以体验称为叠加的奇异现象,其中它们在两个州以一次以上存在于两个状态。与着名的Schrödinger的猫思想实验类似,它描述了一只既死亡和活着的猫一样,颗粒可以同时存在于多个州。叠加的现象是量子计算的核心:Qubits可以同时采用许多形式的事实意味着它们比经典位指数更大的计算能力。

但是,叠加的状态是一个精致的,因为Qubits易于崩溃了他们所需的状态,这导致计算错误。

“在古典计算中,您必须担心翻转的位,其中'1'位进入”0“,反之亦然,反之亦然,这会导致错误,”Albert说。 “这就像翻转硬币一样,很难做到。但是在量子计算中,信息存储在易碎的叠加中,甚至阵风的风量也会导致错误。“

然而,如果量子计算机平台使用由分子制成的Qubits,则研究人员表示,这些类型的误差比在其他量子平台中更容易被预防。新研究背后的一个概念来自CALTECH研究人员近20年前的工作 John Preskill.,Richard P. Feynman理论物理学教授和量子信息研究所主任(IQIM), 和 Alexei Kitaev.,Caltech的罗纳德和Maxine Linde教授,以及他们在加拿大安大略省的周边学院的同事丹尼尔·戈斯曼(PHD'97)。然后,科学家提出了一个漏洞,可以提供一种涉及Heisenberg不确定性原则的现象的方式,该原则于1927年由德国物理学家Werner Heisenberg推出。该原则指出,在粒子是粒子的情况下,人们不能同时知道非常高的精度。

“有一个笑话,海森伯格被一名警察拉过来,他说他知道Heisenberg的速度为每小时90英里,Heisenberg回答,'现在我不知道我在哪里,'”阿尔伯特说。

不确定性原则是量子计算机的挑战,因为它意味着Qubits的量子状态不能很好地知道,以确定是否发生了错误。然而,Gottesman,Kitaev和Preskill被测虽然无法测量粒子的确切位置和动量,但是可以检测到其位置和动量的非常微小的变化。这些转变可以揭示发生了错误,使得可以将系统推回正确的状态。最近在其发现者之后被称为GKP的错误校正方案 超导电路装置.

“错误是好的,但只有我们知道他们发生的话,”Preskill说,这是一个合作的 物理评论X. 纸张以及科学协调员 新部能源资助科学中心称Quantum Systems加速器。 “整个纠错的点是最大化我们对潜在错误的知识量。”

在新论文中,该概念应用于叠加中的旋转分子。如果分子的取向或角动量偏移少量,则可以同时校正这些换档。

“我们希望跟踪量子信息,因为它在噪音下的发展,”艾伯特说。 “噪音正在逐渐踢我们。但是,如果我们有一个仔细选择的分子叠加,我们可以衡量方向和角动量,只要它们足够小。然后我们可以将系统踢回来补偿。“

雅各布Covey是本文的共同作者以及最近加入伊利诺伊大学教师的博士博士博士学者表示,可能最终可以单独控制用于量子信息系统的分子。他和他的团队在使用光学激光束或“镊子”中迈出了进步 控制单个中性原子 (中性原子是量子信息系统的另一个有希望的平台)。

“分子的吸引力是它们是非常复杂的结构,可以非常密集地包装,”Covey说。 “如果我们能够弄清楚如何利用量子计算中的分子,我们可以强大地编码信息并提高贵族填充的效率。”

Albert说,他自己,Preskill和Covey的三人组提供了理论和实验专业知识的完美结合,以实现最新结果。他和Preskill都是理论家,而Covey是一个实验主义者。 “真的很高兴有人像约翰这样的人来帮助我解决所有这些错误纠正代码理论的框架,而杰克给了我们对实验室发生的事情的关键指导。”

Preskill说:“这是一篇论文,其中我们三个人中没有人可以写自己。关于Quantum信息领域的乐趣是什么,它鼓励我们在其中一些鸿沟中互动,并具有较小的大小,是实现这项完成的理想场所。“

这  物理评论X. study, titled “在分子中强大地编码量子位,“由陆军研究办公室资助国家科学基金会(NSF)和CALTECH。

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