最新“量子纠缠”原子使量子计算机更进一步

科学家们已经制造出了迄今为止最大最复杂的量子计算机网络，得到了20个不同的纠缠量子比特（或量子比特）来相互通信。然后团队可以读出所有这些所谓的量子位中包含的信息，为计算机创建一个量子“短期记忆”的原型。虽然过去的努力使超旧激光器中的大量粒子纠缠在一起，但这是研究人员首次能够证实它们确实存在于网络中。他们的研究发表在4月10日的《物理评论X》(Physics Review X)杂志上，将量子计算机推向了一个新的水平，接近所谓的“量子优势”，研究人员说，量子计算机的量子位比传统的硅晶片计算机更出色。

一个由20个量子比特组成的巨大纠缠网络使量子计算机离现实更近一步。图片：University of Innsbruck

从比特到量子

传统的计算是基于二进制语言的0和1，一个只有两个字母的字母表，或者是一系列的球体翻转到北极或南极。现代计算机使用这种语言，通过金属和硅电路发送或停止电流，开关磁极性或使用具有双重“开或关”状态的其他机制。然而，量子计算机使用一种不同的语言——有无数的字母。如果二进制语言使用地球的南北两极，那么量子计算将会利用这两者之间的所有点。量子计算的目标是同时使用两极之间的所有区域。但是这样的语言应该写在哪里呢？你不可能在五金店找到量子物质。

因此研究小组用激光束捕获钙离子，通过将这些离子以能量脉冲的方式，它们可以将电子从一层移动到另一层。在高中物理中，电子在两层之间反弹，就像换车道一样。但实际上电子并不存在于一个地方或一层——它们同时存在于许多地方，这是一种被称为量子叠加的现象。这种奇怪的量子行为提供了设计一种新的计算机语言的机会——它使用了无限的可能性。而经典的计算使用位，这些钙离子在叠加成为量子比特或量子位。

虽然以前的工作已经创造了这样的量子位，但制造计算机的诀窍就是让这些量子位相互交流。该论文的第一作者、维也纳量子光学和量子信息研究所的高级研究员尼科莱·弗里利斯(Nicolai Friis)说：拥有所有这些单独的离子并不是你真正感兴趣的东西。如果他们不和对方说话，那么你能做的就是用非常昂贵的经典计算。

通话比特

在这个案例中，为了得到量子位“说话”依赖于量子力学的另一个奇异结果，叫做纠缠。当两个(或更多)粒子似乎以一种相互协调、相互依赖的方式运行时，即使相隔很远的距离，它们之间也会发生纠缠。大多数专家认为纠缠粒子将是关键，因为量子计算从实验室实验到计算革命。研究合著者、奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)物理学教授Rainer Blatt说：20年前两个粒子的纠缠是一件大事。但是当你真的想要建立一个量子计算机时，必须工作的不仅仅是5、8、10或15个量子位。

最终我们将不得不与许多更多的量子位一起工作。这个团队成功地将20个粒子连接到一个可控的网络中——仍然缺少一个真正的量子计算机，但是迄今为止最大的一个网络。虽然他们仍然需要确认所有的20个都是完全相互缠绕的，但这是迈向未来超级计算机的坚实一步。到目前为止，量子位并没有超过经典的计算机位，但布拉特说：那一刻——通常被称为“量子优势”即将到来。

原文发布时间为：2018.05.02
本文作者：博科园
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