美用微波讓兩個(gè)離子發(fā)生量子糾纏

美國科學(xué)家用微波替代常用的激光束，讓兩個(gè)獨(dú)立的離http://m.kytsldc.cn/st42492子（帶電原子）發(fā)生量子糾纏，這表明，智能手機(jī)中采用的微型化商用微波技術(shù)可取代量子計(jì)算機(jī)要求的房間大小的“激光器陣列”，這將大大減小量子計(jì)算機(jī)的“塊頭”。研究發(fā)表在8月日出版的《自然》雜志上。

量子計(jì)算機(jī)主要利用量子物理學(xué)的“奇異”規(guī)則來解決某些問題，量子糾纏對(duì)量子計(jì)算機(jī)的信息傳輸和糾錯(cuò)至關(guān)重要。離子可作為量子位（量子計(jì)算機(jī)中的zui小信息單位）來存儲(chǔ)信息。盡管包括超導(dǎo)電路（人造原子）等在內(nèi)的量子位的其他“候選者”也能被微波在芯片上操作，但實(shí)驗(yàn)表明，離子量子位的表現(xiàn)更好，因?yàn)楫?dāng)粒子數(shù)量增加時(shí)，對(duì)離子進(jìn)行控制的度更高且信息損失更少。

量子糾纏是多個(gè)粒子聯(lián)動(dòng)的狀態(tài)，到目前為止制出量子糾纏需要高功率激光等大型裝置。而微波作為無線通訊的載體，同復(fù)雜且昂貴的激光源相比，微波元件更容易擴(kuò)展和升級(jí)，以便科學(xué)家出利用成千上萬個(gè)離子進(jìn)行量子計(jì)算和模擬的實(shí)用設(shè)備。

此前，科學(xué)家們已成功使用微波實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)離子的操控?，F(xiàn)在，國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的科研團(tuán)隊(duì)借用微波讓單個(gè)鎂離子的“自旋”發(fā)生旋轉(zhuǎn)并讓一對(duì)離子自旋發(fā)生了糾纏。該研究的合作者、NIST的物理學(xué)家迪特里希·萊布弗里得稱，這是一套常見的量子邏輯操作，旋轉(zhuǎn)和糾纏可按順序組合以執(zhí)行量子力學(xué)許可的任何計(jì)算。

在實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)離子被電磁場(chǎng)“扣住”并在一個(gè)由鍍?cè)诘X襯墊物上的金電極組成的離子陷阱芯片上盤旋。有些電極會(huì)被激活，在離子周圍出頻率介于GHz到2GHz之間、振動(dòng)的微波輻射脈沖，微波產(chǎn)生了讓離子自旋發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。離子自旋能被看作是指向不同方向的細(xì)小條形磁鐵，這些磁鐵的方向是一種量子屬性，可用來表達(dá)信息。

使用微波減少了因激光束指向、能量以及被離子誘導(dǎo)的激光器自發(fā)發(fā)射的不穩(wěn)定所導(dǎo)致的錯(cuò)誤。然而，科學(xué)家們?nèi)匀恍枰倪M(jìn)微波操作才能使實(shí)際的量子計(jì)算或量子模擬成為可能。在實(shí)驗(yàn)中，76%的時(shí)間發(fā)生了量子糾纏，超過了定義量子屬性發(fā)生所要求的50%這個(gè)zui低值，但仍然無法與由激光器操作離子達(dá)到的zui高值99.3%相抗衡。

萊布弗里得表示：“zui終，一臺(tái)中等大小的量子計(jì)算機(jī)或許看起來由一部智能手機(jī)與激光筆一樣的設(shè)備結(jié)合在一起形成，復(fù)雜的量子計(jì)算機(jī)可能和普通臺(tái)式機(jī)一樣大。”