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结构和动力学

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量子计算机转动机械

15 Feb 2013
快速验证: A quantum computer has been shown to be faster than a classical one at verifying the solution to an NP-complete problem when provided with only a part of that solution. (Courtesy: iStockphoto/Hendrik5000)" />
快速验证:展示量子优势(礼貌:iStockPhoto / Hendrik5000)

未来的超快速电脑可能包括电池连接到同样小型机械谐振器的微量超导材料,前者提供处理能力和后者的存储器。这是一组国际物理学家进行的新工作所提出的前景,表明量子信息可以在两种组件之间传递,使得这种微妙的信息可能免受环境干扰的影响。

Quantum计算机利用违反直觉的想法,即在多个状态的同时可以存在于多个状态。而不是处理位–哪些是0或1–这样的设备代替操纵Qubits–它可以同时为0和1–可能允许大量的操作并行进行,并使这些设备更快地比经典计算机更快。

物理学家正在研究许多不同类型的量子电脑,但都有缺点。有些利用单个颗粒的旋转,例如原子,分子或光子。这些设备中的量子状态可以非常稳健地免于外部干扰–建立可行的量子计算机的最大挑战之一–但是,它们需要庞大的设备,不太适合建造具有大量贵族的计算机。然而,合适的缩放不应该是固态设计的问题,例如利用超导体的量子力学性能的装置。但这些装置非常易于电磁干扰。

杂交

“杂交量子系统”通过组合不同方法的最佳方面来克服这些问题。在最新研究中,Mika SillanpääAalto University在芬兰的同事组合了一个超导Qubit,具有两种谐振器–一个机械和另一个电气。他们表明振动量子– known as phonons –从机械谐振器可以从超导Qubit发送,其用类似人造原子,然后使用电谐振器以电磁量子(光子)的形式检测。

所有三个部件都是用铝制成的铝制成1个少量1倍的蓝宝石基板 mm2。机械谐振器的移动部分由扁平的铝制测量5组成 μm by 4 μm suspended some 50 在超导电路的一端上方,其主要部件是两个约瑟夫森结–由薄绝缘体分开的超导体对。该电路又连接到电气谐振器的一端–喂食微波的波导。

The researchers’测试其设备的第一步是将超导电路暴露于磁场,以设置两个“charge states”在电路内,仿佛它们创建了具有两个能级的原子。然后,它们将交流电流馈送到电路中,其频率等于所产生的原子的能量电平差异。这刺激了原子“Rabi oscillate”这两个州之间。确定Qubit按计划工作,然后研究人员将Qubit耦合到机械谐振器。这是通过减小馈送QUBBit的交流电的频率来完成的,在Rabi振荡所需的能量量子中所产生的不足的点正式等于振动臂的能量量子。

耦合

为了证明他们真的耦合了谐振器的Qubit,研究人员监测了波导中微波的相位。正如预测的那样,他们发现它们几乎完全相同的相变,因为它们在将所有能量直接应用于Qubit时所做的。换句话说,声子与人工原子的状态相结合,这些组合状态并随着单独的量子比特进行了调节了波导中的光子。

协作成员Pertti Hakonen表示,该结果开辟了探索各种非古典国家的有趣可能性,例如具有明确定义量子数的声子的人。如果单个声子改变单个声子改变的量,则尤其如此,与机械或电振荡的衰减速率相比,可以大大变大。

沮丧的车道

根据哈拿尼,最新研究也可能形成了类似于传统计算机的只读存储器的量子存储器的基础,其中量子信息被存储为不同振动幅度的叠加。需要克服许多障碍以实现这种记忆,他注意,例如增加机械谐振器的频率,以提高热噪声水平的能量间距。这将需要使谐振器更短,这将减少与量子位的耦合,从而使实验更加难以执行。

英国牛津大学的安德鲁之荣相信最新工作是一个“important step”在通往长期的量子记忆的道路上。“这表明可以实现足够的耦合强度以进入量子制度,” he says. “它还构成在越来越宏观结构中证明量子现象的进展。”他补充说,扩展这项研究将重要,以展示地面状态的机械谐振器。芬兰设备的最低状态,在约25的温度下操作 Millikelvin,与大约20的能量相对应 quanta.

该研究发表在 自然 .

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