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《科学》:量子消相干研究为量子计算机铺路

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-12-13 编辑:散文随笔
作者:任肖鹏资料来源:科学网发布时间:2008年

《科学》:量子退相干研究为量子计算机

照片解释:描述氮-钒中心受激自旋振荡的三幅图像铺平了道路。它们完美地证明了实验、分析理论和计算机模拟三种方法所进行的研究的一致性。(照片来源:埃姆斯实验室、加州大学圣巴巴拉分校和微软q站)

将量子力学与计算机科学相结合,实现量子计算是人类的伟大梦想。量子算法的本质是使用量子相干性。实际上,环境不可避免地会对量子系统造成耦合干扰,这将使量子相干性随时间衰减并导致量子去相干。因此,为了实现量子计算,第一个困难是克服退相干。

《科学》年3月13日在线发表的一篇论文描述了美国能源部埃姆斯实验室、加州大学圣巴巴拉分校和微软Q站的科学家的最新研究,他们从理论和实验上研究了微观系统如何与环境相互作用,从而失去了它们的量子相干特性。研究人员还在3月10日至14日举行的美国物理学会会议上展示了他们的发现。

艾姆斯实验室的理论物理学家瓦切斯拉夫多布罗维茨基说:“可见光、空气中的分子、晶格振动和许多其他环境因素都会影响量子力学粒子,这些不可控的相互作用会破坏不同量子态之间的相干性。”。

为了探索退相干的动态过程,来自上述三个机构的科学家研究了一个易于控制的典型自旋系统金刚石中的氮空位(N-V)掺杂中心,并在单个粒子尺度上分析了量子相干的失败。研究人员惊讶地发现,他们能够完美地调节氮自旋引起的干扰,从而获得量子系统(实际上是量子比特)的不同消相干效应。同时,科学家发现,通过施加适当的磁场,量子位和环境干扰因素之间的相互作用程度可以得到控制。

利用分析理论和先进的计算机模拟方法,研究人员获得了不同效应系统下消相干过程的清晰图像,并定量描述了该过程中的量子自旋动力学。

值得一提的是,最新的实验是在室温下进行的,而不是使用通常原子尺度研究所需的超低温。多布罗维茨基说,世界顶级研究小组正在研究氮-钒中心的量子相干性,“所有人的共同努力将为量子计算机开辟道路。”(任肖鹏科学网/编译器)

(《科学》(科学),DOI : 10.1126/科学。“阅读更多(英文)

《科学》 abstract

Ames lab网站report

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