超冷分子可以提供长期“Qubit”材料 2017-04-08 13:18:08

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这个带有多个激光束孔的真空室用于将钠钾分子冷却到几百纳克的温度,或者高于绝对零度的十亿分之一

这种分子可以用作一种新的量子比特,一种构建块对于最终的量子计算机使用由两个原子组成的超冷分子,麻省理工学院的研究人员展示了一种新的方法,可以提供持久的配置,可以提供长期寻求的“量子比特”材料研究人员朝着长期寻求的目标迈出了重要的一步

量子计算机,理论上应该能够比传统计算机更快地计算某些类型的问题新的工作表明,超冷分子的集合可以保留存储在其中的信息,比研究人员之前已经实现的数百倍长

这些材料这些双原子分子是由钠和钾制成的,并被冷却到只有fe的温度百万分之一度数高于绝对零度(以百纳克,或nK为单位)本周在科学中的报告中描述了麻省理工学院物理学教授兼麻省理工学院研究实验室首席研究员Martin Zwierlein的研究结果

电子产品; Jee Woo Park,前麻省理工学院研究生;塞巴斯蒂安·威尔,麻省理工学院的前研究科学家,现在是哥伦比亚大学的助理教授,还有另外两人,都在麻省理工学院 - 哈佛大学的超级原子中心,正在研究许多不同的方法作为创建量子比特的可能方法,这是基本的构建基础

长期理论但尚未完全实现的量子计算机研究人员尝试使用超导材料,离子阱中保留的离子,或单个中性原子,以及不同复杂程度的分子

新方法使用由两个原子组成的非常简单的分子簇“分子比原子有更多的”处理“,Zwierlein说,意味着更多的方式相互作用和外部影响”他们可以振动,他们可以旋转,事实上他们可以强烈相互作用,原子有一个困难时间通常,原子必须真正相遇,几乎彼此重叠,然后才能看到那里有另一个原子与之相互作用,其中s分子可以“在相对较长的范围内”看到彼此为了使这些量子比特相互通信并进行计算,使用分子比使用原子更好的想法,“他说使用这种双原子分子进行量子化信息处理“已经提出了一段时间了,”Park说,“这项工作展示了实现这个新平台的第一个实验步骤,即量子信息可以长时间存储在偶极分子中”“最令人惊奇的是[这些]分子是一个系统,它可以允许实现量子信息的存储和处理,使用完全相同的物理系统,“威尔说”这实际上是一个非常罕见的特征,在所有的量子比特系统中都不是典型的今天主要考虑“在团队的初始原理验证实验室测试中,几千个简单分子被包含在微观气体中,被困在交叉点两个激光束的离子和冷却到约300纳克的超冷温度“分子中的原子越多,它们就越难冷却它们,”Zwierlein说,所以他们选择了这种简单的双原子结构

分子有三个关键特征:两个原子核的旋转,振动和自旋方向对于这些实验,研究人员根据所有三个特征 - 即进入振动,旋转和核的最低状态 - 使分子得到完美控制旋转对齐“我们已经能够长时间捕获分子,并且还证明它们可以携带量子信息并长时间保持它,”Zwierlein说并且,他说,这是“关键的突破之一或在希望建造量子计算机之前必须具备的里程碑,这是一项更为复杂的工作“使用钠 - 钾分子提供了许多优势,Zwierlein说,一方面, “这个分子是化学稳定的,所以如果这些分子中的一个遇到另一个分子,它们就不会分裂“在量子计算的背景下,Zwierlein所指的”长时间“是一秒 - 这实际上是”使用旋转来编码量子比特,实际上比已经完成的可比实验长一千倍“,他他说:“如果没有额外的措施,这个实验给了毫秒,但这已经很棒了”使用这个团队的方法,系统的固有稳定性意味着“你得到一整秒的免费”这表明,尽管还有待证明,这样一个系统将能够在相干的第二个范围内按顺序执行数千个量子计算(称为门)最终结果然后可以通过显微镜“读取”,揭示分子的最终状态“我们有强烈的希望我们可以做一个所谓的门 - 这是两个量子比特之间的操作,比如加法,减法或那种等价物 - 在几分之一毫秒内,“Zwierlein说”如果你看一个在这个比例中,您可以希望在我们在样本中具有一致性时进行10,000到100,000个门操作已经被称为量子计算机的要求之一,即具有门操作与一致性的那种比率时代“”下一个伟大的目标将是与个别分子'谈论'然后我们真的在谈论量子信息,“威尔说”如果我们能捕获一个分子,我们可以捕获两个然后我们可以考虑实现一个'量子门Zwierlein说,使用一组可能包含1000个这样的分子的阵列,可以使得计算变得如此复杂以至于现有计算机甚至无法开始检查可能性虽然他强调这仍然是一个早期的步骤,并且这样的计算机可能需要十年或更长时间,原则上这样的设备可以快速解决当前棘手的问题,如考虑到非常大的数字 - 这个过程的难度构成了当今金融交易最佳加密系统的基础除了量子计算之外,新系统还提供了进行精确测量和量子化学的新方法的潜力,Zwierlein说“这些结果英国达勒姆大学物理学教授西蒙康沃什说,他没有参与这项工作

这一发现“巧妙地揭示了在超级分子中利用核自旋态用于量子信息应用的潜力处理,作为量子记忆和探测极性分子中偶极相互作用和超冷碰撞的手段,“他说”我认为这些结果构成了超冷分子领域的一大进步,并将引起广大社会的广泛兴趣

研究人员探索量子科学,相干性,量子信息和量子模拟的相关方面“该团队还包括麻省理工学院研究生Zoe Yan和博士后Huanqian Loh这项工作得到了美国国家科学基金会,美国空军科学研究办公室,美国陆军研究办公室以及David和Lucile Packard基金会出版物的支持:Jee Woo Park ,等,“第二级核自旋相干时间的ultracold23Na40K分子”,Science 28 Jul 2017:Vol 357,Issue 6349,pp 372-375; DOI:101126 / scienceaal5066资料来源:David L Chandler,麻省理工学院新闻