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量子计算

量子计算

芯片上持续的量子信息处理
离子阱 NIST physicists demonstrated sustained, reliable quantum information processing in the ion trap at the left centre of this photograph, improving prospects for building a practical 量子计算机. 的ions are trapped inside the dark slit (3.5 mm long and 200 µm wide) between the gold-covered alumina wafers. By changing the voltages applied to each of the gold electrodes, scientists can move the ions between the six zones of the trap. (Credit: J Jost/NIST)

的first complete ‘quantum computer’

几十年来,物理学家一直梦想着制造一种量子计算机,该计算机可以比传统的计算机更快地解决某些问题。事实证明,制造这样的东西非常困难,但在8月,Jonathan Home及其NIST的同事推出了首款可描述为“quantum computer”。该芯片可以执行一套完整的量子逻辑运算,而不会在传输过程中丢失大量信息。

在过去的几年里’的团队已使用超冷离子分别演示了量子计算所需的所有步骤。但是在2009年,该小组取得了关键的突破,将所有这些阶段整合到一个设备上,我们认为这是一项重要的工作,因此我们不得不将其选为我们的工作。“年度突破”.

该设备甚至看起来有点像早期的计算机芯片,但是不要’t expect it to be running a quantum version of Windows any time soon. Its overall accuracy of 94% is impressive for a quantum device, but this must be boosted to 99.99% before it could be used in a large-scale 量子计算机 comprising many such processors.

量子计算专家怎么说?“向前迈出了一大步,最令人印象深刻,”澳大利亚国立大学的汉斯·巴科尔(Hans Bachor)说。“A 巡回赛,”华盛顿大学的鲍里斯·布利诺夫说。

原为 回到十一月的新闻, when he teamed up with David Hanneke and others at NIST to create a 量子计算机 from two trapped ions. 的device can perform at least 160 different 量子计算 operations.

Much more work must be done before 量子计算机s become a commercial reality – but real progress was made in 2009.

的best of the rest for 2009

Tevatron的最佳搜索结果

大型强子对撞机可能一直是2009年的风头,但费米实验室的物理学家’Tevatron不断推出大量结果。实际上,似乎每周至少有Tevatron的一两篇论文’的两个主要实验(CDF和D0)发表于 体检信。虽然它’我们很难挑选出最重要的结果,我们最喜欢的是三月份的双重行动,当时CDF和D0实验独立报告了明确的证据,表明夸克是已知的六种夸克中最重的一种, 可以单独生产 而不是像迄今为止那样成对出现。

室温硅中发现自旋

几十年来,物理学家一直承诺使用电子自旋来存储和处理信息的更小,更快和更高效的电子设备。但是,除了硬盘驱动器中的巨大磁阻读取头外,物理学家一直在努力创造出实用的‘spintronic’设备。 11月,荷兰特温特大学的罗恩·詹森(Ron Jansen)及其同事朝着这个方向迈出了重要一步,表明 自旋极化电子可以在室温下注入硅中. 的spins endured long enough to suggest that 自旋电子s circuits could include silicon features that are nanometres in size and operate at frequencies of 10–100 GHz – just like today’的集成电路。

Graphane首次亮相

Graphane

的“wonder material”五年前,石墨烯问世了-仅一原子厚的碳薄板就以其越来越多的非凡性能不断吸引着物理学家。一月份,包括发现石墨烯的英国研究小组在内的一个团队宣布 一种叫做石墨烷的新材料,是通过将氢原子添加到其原始发现中而制成的。石墨烷不仅可以用作绝缘材料,而且可以用于制造基于石墨烯的电子设备,但它也可以用作储氢介质,可以帮助氢动力车辆在加油之前进一步行驶。

旋转冰中发现了磁单极子

自从保罗·狄拉克(Paul Dirac)在1931年首次预测磁单极子以来,物理学家就一直徒劳地寻找这些难以捉摸的实体。在九月, 两个独立的研究小组声称发现了单极子 –本质上只有一个极的磁体–用称为自旋冰的磁性材料制成。自旋冰单极子的起源与狄拉克(Dirac)的预测完全不同,因此不太可能帮助物理学家发展粒子物理学或弦论的统一大理论。但是因为单极子存在于磁性材料中,所以了解它们的特性可能有助于磁性存储器和其他自旋电子器件的发展。

月球上的水

The surface of the moon as seen by the Moon Mineralogy Mapper

我们可以用肉眼看到月球的表面,有些人甚至在月球表面行驶–但是直到9月,’确保我们最近的邻居有多少水。那’科学家从事印度太空飞行任务时 Chandrayaan-1揭示了大量数据 这表明水比以前想象的要多得多。然后一周左右,美国宇航局’LCROSS探测器在月球南极附近砸入一个陨石坑,扔了约100公斤水。水的存在使月球的长期定居变得容易一些,而这样的殖民地可能是火星站的试验场-我们知道那里有很多水。一世’我敢肯定,我们会在2010年听到来自NASA,ESA和其他太空机构有关未来载人航天飞行任务的更多信息。

原子远距离传送信息

远距传送曾经是科幻小说中的东西,现在已成为物理学词典的一部分。一月份,克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)及其马里兰州和密歇根州的同事告诉我们如何 在相隔较大距离的两个原子之间传送量子信息 –这项进步可能是对可行的量子计算机的重要里程碑。离子相距一米,直到进行这项工作之前,仅通过光子之间以及两个相邻原子之间的相互作用通过三分之一的中间作用实现了隐形传送。量子隐形传态是“spooky”一种传输形式,这样量子信息(例如粒子的自旋或光子的极化)可以在粒子之间传输而无需粒子的移动或信息的传输。

黑洞模拟陷阱的声音

Technion

有什么可以’可以用超冷原子模拟吗?在六月, Jeff Steinhauer及其同事 at Technion University in Israel added black hole to that growing list. 的team’s 黑洞模拟可以捕获声音 就像天体黑洞可以捕获光一样。但是,它不是由坍缩的恒星构成,而是由玻色-爱因斯坦的凝结物组成,它是一个如此冷的原子集合,它们以相同的量子态相干地运动。下一步是查看类似物是否发出类似于霍金辐射的东西-在黑洞附近产生并设法逃逸但尚未观察到的粒子。

在明尼苏达州发现了暗物质吗?

的physics community is still digesting this week’关于CDMS-II合作的消息非常诱人 接近检测暗物质。研究小组发现了两个与暗物质有关的事件,这些物质被称为弱相互作用的大颗粒或WIMP。这些可能是放射性衰变或宇宙射线的可能性为23%,因此需要做更多的工作。 CDMS-II或其他实验是否会为2010年的暗物质探测提供更强的理由?

最后,大型强子对撞机大爆炸

没有列出2.36 TeV质子碰撞的完整列表 本月初在大型强子对撞机 –有史以来最高的能量。您可以在其中了解更多 我们展望2010年可能完成的所有激动人心的物理学.

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