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利用光子 耶鲁大学研究人员让量子计算机离现实更近一步

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2009年11月15日,世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生,但根据初步的测试程序显示,该计算机还存在部分难题需要进一步解决和改善。现在,耶鲁大学的研究人员通过对光子的一种特殊利用方式,让量子计算机离现实更近一步。

据Wired报道,耶鲁大学的研究人员最近发明了一种新的方法来改变光子的量子状态,基本粒子研究人员希望利用这项技术来制造量子记忆体。

以下为文章全文:


通过耶鲁大学的一个研究小组的努力,被广泛称为科技研究“圣杯”的量子计算又向实际应用迈进了一大步。该小组最近发明了一种新的方法来改变光子的量子状态,基本粒子研究人员希望利用这项技术来制造量子记忆体。

这项研究发表在本月的《 Nature》杂志上,以及 arXiv网站上。

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。例如,一个量子位可以是90%的“0”和10%的“1”。

到目前为止,我们已经看到了一些量子计算机的雏形,可以做简单的计算,但一个成熟的量子计算机由许多能够执行复杂计算的量子位组成,其复杂程度要远远超过目前最强大的超级计算机。

在量子计算机中,量子位相当于一个处理器。但是你还需要某种形式的量子RAM。耶鲁大学的研究人员之一Gerhard Kirchmair解释道,光子是一个不错的选择,因为他们可以保留很长一段时间及距离的量子态。不过你需要时不时地改变存储在光子中的量子信息。耶鲁的研究小组开发的这项技术实质上是暂时使所使用的光子用于记忆“可写”,然后将其切换到一个更稳定的状态。

要做到这一点,研究人员利用了一种被称为“Kerr”的介质。一个普通的材料将折射光线,但Kerr介质将以不同的方式折射一个刺激,这取决于刺激的程度。Kerr介质中光子的量子态可以用微波场进行很容易地操控。

但是一直将这些记忆光子存储在Kerr媒介中会很不稳定,所以研究人员发明了一种方法,将一个真空的铝制谐振器放进Kerr介质中,使它与一个量子位进行耦合。当谐振器是解耦的,光子是稳定的。当谐振器耦合时,光子是“可写”的。

另外,有的研究人员还发现了以其他方式稳定光子的更复杂的改变方式,但Kirchmair表示他们的方法更简单、更实用。

这只是让量子计算进一步实用需要的一个重要步骤。去年,研究人员宣布了 一个新的方法来创造光子,和用其他方法来开发 单一的原子晶体管。 (王旭东/编译 仲浩/审校)

本文来自: Wired

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