物理学家展示了一种操纵物质量子点的新方法 2017-07-04 13:07:12

$888.88
所属分类 :财政

麻省理工学院和哈佛大学的物理学家展示了一种操纵量子物质的新方法研究人员报告使用微调激光系统首先捕获并调整51个单个原子或量子位的相互作用图像:Christine Daniloff / MIT物理学家在麻省理工学院和哈佛大学展示了一种操纵量子物质的新方法在今天发表在“自然”杂志上的一篇论文中,他们报告使用微调激光系统首先捕获并调整51个单个原子或量子的相互作用

比特团队的结果代表了最大的量子比特阵列之一,称为量子比特,科学家已经能够单独控制在同一期自然问题中,马里兰大学的一个团队报告了一个类似大小的系统,使用被捕获的离子作为量子在MIT-Harvard方法中,研究人员生成了一个由51个原子组成的链,并将它们编程为经历量子相变,其中链中的每个其他原子都被激发了这种模式类似于被称为反铁磁体的磁性状态,其中每个其他原子或分子的自旋对齐

团队将51原子阵列描述为不是通用的量子计算机,理论上应该能够解决任何计算问题,但是“量子模拟器” - 量子比特系统可以设计成模拟特定问题或解决特定方程,比最快的经典计算机快得多

例如,团队可以重新配置原子模式来模拟和研究物质和量子现象(如纠缠)的新状态新的量子模拟器也可以作为解决优化问题的基础,例如旅行商问题,理论推销员必须弄清楚访问特定城市列表的最短路径此问题的许多变化出现在许多其他研究领域,如DNA测序,将自动焊接头移动到许多焊接点,或通过处理节点路由数据包“这个问题对于经典计算机来说是指数级难度,这意味着它可以解决这个问题对于一定数量的城市,但如果我想添加更多研究的共同作者,麻省理工学院Lester Wolfe物理学教授VladanVuletić说:“对于这类问题,你不需要量子计算机

模拟器足以模拟,它会变得更加困难,非常快

”正确的系统所以我们认为这些优化算法是最直接的任务实现“这项工作是与哈佛大学教授Mikhail Lukin和Markus Greiner合作完成的

麻省理工学院访问科学家Sylvain Schwartz也是共同作者分离但是互动的量子计算机主要是理论设备,它可能会在世界上最强大的经典计算机所需的时间内进行非常复杂的计算

他们将通过qubits - 数据处理单元,与经典计算机的二进制位不同,可以同时位于0和1的位置

这种叠加的量子属性允许单个量子位同时执行两个单独的计算流可以向系统添加额外的量子位以指数方式加速计算机的计算但主要的障碍阻碍了科学家实现完全可操作的量子计算机这样一个挑战:如何让qubits互相交互而不与周围环境相互作用“我们知道事物在交互时很容易变得经典与环境,所以你需要[量子比特] Vuletić是电子研究实验室和MIT-Harvard Ultracold Atoms中心的成员,他表示,“另一方面,他们需要与另一个量子比特强烈互动”“有些团体正在建立量子系统

离子或带电原子,如量子比特它们利用电场将离子从环境的其余部分捕获或隔离;一旦被困,离子就会相互强烈相互作用但很多这些相互作用都是强烈排斥的,就像具有类似取向的磁体一样,因此很难控制,特别是在有许多离子的系统中

其他研究人员正在试验超导量子位 - 人工原子制造成以量子方式表现 但是Vuletić说,与基于实际原子的那些相比,这种制造的量子比特有其缺点“根据定义,每个原子与同一物种的其他原子相同,”Vuletić说“但是当你手工制造它们时,你就有了制造影响,例如稍微不同的过渡频率,耦合等等“设置陷阱Vuletić和他的同事想出了第三种建立量子系统的方法,使用中性原子 - 不带电荷的原子 - 作为量子位不像离子,中性原子不会相互排斥,并且它们具有固有的相同特性,与制造的超导量子位不同在以前的工作中,该小组设计了一种捕获单个原子的方法,通过使用激光束首先将铷原子云冷却到接近绝对零度温度,将它们的运动减慢到接近静止然后它们使用第二个激光器,分成100多个光束,以捕获和保持单个原子到位ey能够对云进行成像以查看哪些激光束捕获了一个原子,并且可以关闭某些光束以丢弃那些没有原子的陷阱然后用原子重新排列所有陷阱,以创建有序的,无缺陷的量子比特阵列通过这项技术,研究人员已经能够构建一个由51个原子组成的量子链,全部被困在它们的基态或最低能级

在他们的新论文中,该团队报告更进了一步,以控制这些被困的51个相互作用原子,操纵单个量子比特的必要步骤为此,他们暂时关闭了最初捕获原子的激光频率,允许量子系统自然演化它们然后将演化的量子系统暴露于第三个激光束以试图激发原子进入所谓的里德堡状态 - 一个原子的电子中的一个被激发到与原子电子的其余部分相比非常高的能量的状态最后,他们转向了原子m-trapping激光束重新开启以检测单个原子的最终状态“如果所有原子都以基态开始,当我们试图将所有原子置于这种激发态时,结果显示出现的状态是每个第二个原子都被激发,“Vuletić说”所以原子使量子相变成类似于反铁磁体的东西“由于里德堡态中的原子相互作用非常强烈,所以转变只发生在每个其他原子上, Viletić表示研究人员可以通过改变被捕获原子的排列以及原子激发的频率或颜色来改变原子之间的相互作用,这需要更多的能量才能将两个相邻原子激发到里德堡状态

激光束更重要的是,系统可以很容易地扩展“我们认为我们可以将它扩展到几百个”,Vuletić说“如果你想将这个系统用作量子计算机,它就会变得非常有用大约100个原子,取决于你试图模拟的系统“目前,研究人员正在计划将51原子系统作为量子模拟器进行测试,特别是在可以使用的路径规划优化问题上进行测试绝热量子计算 - 由Edward Farhi首先提出的量子计算形式,麻省理工学院绝热量子计算的Cecil和Ida Green物理教授提出,量子系统的基态描述了感兴趣问题的解决方案

演变为产生问题本身,系统的最终状态可以确认解决方案“你可以从一个简单而已知的最低能量状态准备系统开始,例如所有基态的原子,然后慢慢变形以表示你想要解决的问题,例如旅行商问题,“Vuletić说”这是系统中某些参数的缓慢变化,这正是我们在此前所做的事情

因此,我们的系统面向这些绝热量子计算问题“这项研究部分得到了国家科学基金会,陆军研究办公室和空军科学研究出版办公室的支持:Hannes Bernien等人,”探测51原子量子模拟器上的多体动力学,“Nature 551,579-584(2017年11月30日)doi:101038 / nature24622来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻