钻石内的量子计算机

模拟技术 时间:2013-09-12来源:网络

科学家制成钻石内的量子计算机,首次加入防止“去相干”机制,利用微波脉冲不断切换电子自旋方向。

  

钻石内的量子计算机

  科学家们在钻石内制成一种量子计算机,这是一个首创。图像中的芯片尺寸是3mm×3mm,而在中心的钻石是1mm × 1毫米。

  钻石恒久远,或者,至少,钻石的量子计算效果是这样。南加州大学(USC)的科学家组成的研究小组,制成一种钻石内的量子计算机,这是一个首创,可以防止“去相干”(decoherence),去相干是一种噪音,会妨碍计算机正常运行。

  演示表明,这种可行的固态量子计算机,不像早期的气态和液态系统,代表着量子计算的未来,因为它们很容易增加尺寸。目前的量子计算机通常是非常小的,虽然令人印象深刻,但是,还不能匹敌更大的传统计算机的速度。

  这一跨国研究小组包括南加州大学教授丹尼尔•莱达(Daniel Lidar)及南加州大学博士后研究员王志辉(Zhihui Wang),还有一些研究人员来自荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology),美国爱荷华州立大学(Iowa State University)和加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)。他们的研究成果发表在4月5日在《自然》杂志上,题为《去相干保护量子门用于混合固态自旋寄存器》(Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register)。

  这一研究小组的钻石量子计算机系统,具有两个量子位(称为“量子比特”),采用的是亚原子粒子。

  相对的传统计算机的比特,可以明确地编码为1或0,量子比特可以在同一时间编码为1和0。这一属性称为叠加,而且,量子态可以“隧穿”能障(energy barriers),因此,有朝一日会使量子计算机进行优化计算,速度远远超过传统电脑。

  就像所有的钻石一样,研究人员使用的钻石也有杂质,就是碳以外的东西。钻石中的杂质越多,制成首饰的吸引力就越小,因为它会使晶体外观不亮泽。

  然而,这个研究小组就是利用这些杂质本身。

  杂质氮核会成为第一个比特。在第二个缺陷中,有一个电子,成为第二个量子比特。更准确地说,是每个亚原子粒子的“自旋”被用作量子比特。

  电子比原子核小,运算速度更快,但也更不稳定,会更迅速地“去相干”。量子比特采用原子核,体积更大,更加稳定,但速度慢。

  “原子核有很长的退相干时间,达数毫秒。你可以认为这非常缓慢,”莱达说,他兼职于南加州大学维特比工程学院(USC Viterbi School of Engineering)和南加州大学东塞夫文学、艺术和科学学院(USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences)。

  

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