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一年的量子亮点

量子位图
礼貌:iStock / agsandrew

这一流行病肆虐的年份不会在任何人的最爱列表中名列前茅,但是从光明的一面看,2020年在量子科学和技术方面取得了显着进步。以下是从量子基础到量子计算的子领域的一些亮点。

最精确的温度计

温度计的精度有多高?在一月, Jukka Pekkola, 巴彦卡里米 芬兰阿尔托大学和瑞典隆德大学的同事及其同事通过构建一种可以检测样品电子温度基本波动的纳米级设备找到了答案。温度计中的噪声水平非常低,以至于他们可以检测到由于单个微波光子的发射而引起的能量变化-所有这些都不会干扰系统。能够发现如此微小的温度变化可以使基础物理学取得进步,并且这种“量子量热仪”也可以用于超导量子计算机中量子系统(例如量子位)的非侵入式测量。

在“热而混乱”的条件下纠缠

“每个人都知道”,量子纠缠是一种微妙的现象,只有在超冷,超低噪声的环境中才能生存。通常,“每个人”都是正确的。但是在6月,西班牙巴塞罗那ICFO的物理学家使用了一种称为量子非爆破测量的技术,表明至少有1.52×1013 在5.32×10中13 实际上,他们的450 K样品中的原子是纠缠的。团队由 摩根·米切尔佳空,也表明该纠缠是非局部的,这意味着它涉及彼此不靠近的原子。除了对缠结的样子提出具有挑战性的假设外,这一发现对于传感技术也很重要,例如基于热致密原子云的汽相自旋交换无弛豫(SERF)磁力计。

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第一个量子相电池 

随着量子电路变得越来越复杂,其中的元素也变得越来越复杂。六月,位于比萨的NEST-CNR纳米科学研究所和意大利萨勒诺大学的物理学家展示了首款量子相电池:一种为量子电路的波函数提供持续相位偏置的设备,类似于传统的电池。电池为电路提供持续的电压偏置。该设备 弗朗切斯科·贾佐托(Francesco Giazotto), 埃里亚·斯特兰比尼(Elia Strambini), 安德里亚·奥里奥(Andrea Iorio) 与他们的同事使用InAs纳米线和超导Al引线构建而成,是基于西班牙物理学家仅在五年前才提出的理论概念,这种迅速的转变说明了该领域的发展速度。

测量量子隧穿时间 

粒子穿过能垒需要多长时间?对于在量子力学的第一个“黄金时代”中的物理学家,他们在1920年代中期偶然遇到Schrödinger方程时偶然发现了隧洞,这个问题似乎有些古怪。量子基本原理的进步就是这样,但是我们现在有了答案。 7月,由 艾弗莱姆·斯坦伯格 加拿大多伦多大学的研究人员发现,超冷rub 87原子花费0.62 ms的时间穿过比直径大1万倍的屏障。尽管斯坦伯格承认他的团队对隧道时间的定义不是唯一可用的定义,但他们的实验为人们留下了亟需的信息,尽管这是扫描隧道显微镜和闪存等实用技术的核心,但这种现象仍然鲜为人知。

光电路的量子优势

2019年9月,谷歌的量子计算专家宣布,他们使用Sycamore处理器解决问题的速度比传统超级计算机快十亿倍以上。在几周之内,IBM的竞争专家为索赔要求泼了冷水,这表明升级更像是1000倍(仍然令人印象深刻)。 2020年末,对“量子优势”的追求再次成为头条新闻,中国合肥科技大学的潘建伟和卢朝阳带领的研究人员宣布他们已经进行了一种称为高斯玻色子的量子计算。采样速度比超级计算机快100万亿倍。值得注意的是,潘和卢使用光学元件而非超导元件构建了量子电路。结果是一件艺术品和一本科学作品,其中约有300个分束器和75个反射镜以随机方式排列,产生了100个输入和100个输出。

Gaussian boson sampling

这种系统是否可以扩大规模是一个悬而未决的问题,但这也是一个没有得到解决的问题。 ’光学技术独有。在我们许多人都希望忘记(当然也不想重生)的一年中,像我们清单中的其他人一样,这样的发展值得欢呼。

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