基于自旋的量子計算機(jī)具有解決普通計算機(jī)無法解決的數(shù)學(xué)難題潛力，但在使這些計算機(jī)具有可伸縮性方面仍存在許多問題?，F(xiàn)在由理研中心(RIKEN Center for Emergent Matter Science)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組已經(jīng)為量子計算設(shè)計了一個新的架構(gòu)。

通過構(gòu)造一個由兩種不同類型的qubit(量子計算機(jī)的基本計算元素)組成的混合設(shè)備，他們創(chuàng)建了一個可以快速初始化和讀取的設(shè)備，同時還能保持高控制保真度。在這個傳統(tǒng)計算機(jī)似乎已經(jīng)達(dá)到極限的時代，量子計算機(jī)（利用量子現(xiàn)象進(jìn)行計算的計算機(jī)）已經(jīng)被吹捧為潛在的替代品，它們能夠以一種非常不同、而且可能快得多的方式解決問題。

博科園-科學(xué)科普：然而事實(shí)證明，將它們擴(kuò)展到執(zhí)行實(shí)際計算所需大小是很困難的。1998年丹尼爾·洛斯(Daniel Loss)和IBM的大衛(wèi)·迪維森佐(David DiVincenzo)提出了一個建議，利用嵌入在一個量子點(diǎn)(quantum dot)中的電子自旋來構(gòu)建一個量子計算機(jī)。從那以后，洛斯和他的團(tuán)隊(duì)一直在努力建造實(shí)用的設(shè)備。就速度而言，開發(fā)實(shí)用的設(shè)備有許多障礙。首先設(shè)備必須能夠快速初始化。初始化是將一個量子位放入特定狀態(tài)的過程，如果不能快速完成，就會減慢設(shè)備的速度。其次必須在足夠長的一段時間內(nèi)保持一致性，以便進(jìn)行測量。相干是指兩個量子態(tài)之間的糾纏，最終用于測量，例如如果量子位元由于環(huán)境噪聲而變成脫相干，那么器件就變得一文不值。最后量子位的最終狀態(tài)必須能夠被快速讀出。

雖然已經(jīng)提出了許多建立量子計算機(jī)的方法，但是由Loss和DiVincenzo提出的方法仍然是最實(shí)際可行的方法之一，因?yàn)樗腔诎雽?dǎo)體，而半導(dǎo)體已經(jīng)有一個大的工業(yè)。在最近發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項(xiàng)研究中，研究小組將兩種戒煙方式結(jié)合在了一個設(shè)備上。第一種是一種單旋轉(zhuǎn)的量子位元，叫做“損失-占卜量子位元”，它具有很高的控制精度——這意味著它處于一個清晰狀態(tài)，這使它成為計算的理想狀態(tài)，并且有很長的退相干時間，因此它將在一個給定狀態(tài)中停留相當(dāng)長的一段時間，直到它的信號丟失到環(huán)境中。

不幸的是，這些量子位的缺點(diǎn)是它們不能快速初始化為狀態(tài)或讀出。第二種類型稱為單let- trilet量子位，它很快被初始化并被讀出，但很快就變成了decoherent。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們將這兩種量子門與一種被稱為受控相位門的量子門結(jié)合在一起，這種量子門允許自旋態(tài)在量子位元之間以足夠快的速度糾纏在一起，以維持相干性，從而使單自旋量子位元的狀態(tài)可以被快速單-三聯(lián)體量子位元測量讀出。根據(jù)CEMS的Akito - Noiri(本研究的主要作者)，已經(jīng)證明可以在單個設(shè)備上組合不同類型的量子點(diǎn)以克服它們各自的限制。這為量子計算機(jī)的可擴(kuò)展性提供了重要的見解。

博科園-科學(xué)科普｜研究來自：RIKEN

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Communications》

論文DOI：10.1038/s41467-018-07522-1

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