研究人員通過無損測量鐿-171量子比特實現(xiàn)了實時控制。（圖片來源：網(wǎng)絡）

金屬鐿-171原子可能在自然界中最接近完美量子比特。

最近的一項研究展示了如何使用它們來進行重復的量子測量和量子比特自旋，這一研究成果將有助于可擴展量子計算的快速發(fā)展。

美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的物理學家們開發(fā)了一種測量鐿-171量子比特的程序，該程序可以存儲量子比特，以供將來使用。正如研究人員在美國物理學會（APS）旗下的《PRX Quantum》雜志上 講解的 那樣，實現(xiàn)這種“無損測量”能夠助力他們長期、多階段的運用處理器從事計算工作，這也是許多量子算法的計算基礎。

該研究的主要作者William Huie表示：“在過去的幾年里，量子計算領域就非?？春描O-171?，F(xiàn)在我們展示的無損測量和 量子 比特自旋，更加證明了鐿原子陣列能應用在某些類型的量子計算操作中?！?在目前正在探索的眾多量子計算平臺中，像鐿這樣的中性原子陣列是最有前途的平臺之一。它們可以直接擴展到大規(guī)模系統(tǒng)，而且由于它們是使用天然的原子，所以在硬件和制造方面存在的問題更少。而其他具有復雜能級結構的原子則較難使用。 “量子計算是基于量子比特（達到兩個能級躍遷）進行計算的量子系統(tǒng)，”伊利諾伊大學物理學教授、項目負責人Jacob Covey說，“盡管原子有很多優(yōu)點，但它有數(shù)十個能級躍遷，要確保一次只處理兩個能級躍遷非常具有挑戰(zhàn)性?！?近年來，鐿-171之所以引起人們的關注，是因為它在冷卻到最低能量態(tài)時僅包含兩個量子能級。因此，操作原子時不太可能改變它所處的兩能級量子比特狀態(tài)，從而更容易實現(xiàn)無損測量。 “但這也許有點反常識，這些對量子操作非常有利的特性是以犧牲原子中更復雜的整體結構為代價的，”Covey說，“我們和其他研究鐿和其他類堿土原子的團隊不得不重新開發(fā)許多原子物理學已有的標準技術，以解決其復雜性?！?

研究人員報告稱，他們實現(xiàn)了對鐿-171量子比特的無損測量，成功率高達99%。他們通過操縱一種被稱為實時自適應控制的技術來展示其系統(tǒng)的優(yōu)勢，基于測試結果，他們使用經(jīng)典計算機來控制鐿量子比特。

“在量子信息科學中，由經(jīng)典計算機等外部控制的量子比特算法已經(jīng)開始獲得關注，”Huie說，“研究團隊發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，通過在計算的中間階段測量和控制量子比特，可以更有效地創(chuàng)造大規(guī)模的量子行為。所以，我們的團隊也十分期待能利用我們的鐿平臺來探索這些新的發(fā)展。”

編譯：琳夢

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點與數(shù)據(jù)。 —— end——