量子運算再次出現突破: 讓系統穩定性提升10倍

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畫家印象中的磷(PHOSPHORUS)原子聚集在矽晶體內,並且藉由震盪的電磁場保持穩定。

量子運算在未來的幾十年將會創造出資訊革命,但在此之前還有很多障礙需要解決,其中一個是量子位元(quantum bit,qubit)的穩定度,而一項新突破提供了邁向目標重要的一步。

來自澳洲新南威爾斯大學(University of New South Wales)的研究人員創造出一個新的"打扮過(dressed)"的量子位元(qubit),比之前的量子位元穩定10倍。這項進展允許量子電腦有更長的計算時間。

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首席作者Arne Laucht在一份聲明中說:「我們創造出一個新的量子位元,一個單獨旋轉的電子與強大的電磁場合併在一起。」

「比起單獨的電子,這個量子位元更容易變動而且壽命更長,並且將允許我們做出更穩定的量子電腦。」

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發表於自然通訊期刊(Nature Communications)的研究,著手處理電腦世界的一項量子力學核心應用。量子電腦之所以能夠快,是由於一種被稱為重疊(superposition)的特性,不同的狀態都在同一時間被處理。不幸的是,由於與物質和光的交互作用,重疊會很快地消失。

研究小組領導人Andrea Morello補充:「使用量子物質來做運算的最大障礙是要能保持脆弱的重疊狀態夠久,以便於能夠執行有效的計算。」

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為了要維持量子系統的穩定,他們在矽晶片裡放置磷原子。這個原子被放在微波頻率的一個持續震盪非常強烈的電磁場。通常,穩定度是依賴振福,但藉由利用頻率,研究小組能夠抵銷隨機雜訊的影響。

Morello解釋:「這個新的’打扮過的量子位元’能夠以多種方式來控制,不同於’未打扮的量子位元’。」

「舉例來說,它能夠藉由簡單地調控微波場的頻率來控制,就好像是調頻(FM)無線電。’未打扮的量子位元 ‘反而需要調整控制場的振幅,好像是調幅(AM)無線電。」

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「從某些意義來說,這是為什麼打扮過的量子位元更不受雜訊的影響:量子資訊是很牢固地受到頻率控制。反之,震幅則是更容易被外來的雜訊所影響。」

對運算科技的產業標準來說,量子位元被包含在矽晶片裡也是很重要的,意味著利用已經在使用的製造工藝,就能夠做出量子處理器。量子電腦將能夠搜尋龐大的資料庫、解決複雜的數學、甚至以適當的方式塑造出生物與化學反應的模型。超越當前最先進的電腦。

來源:IFLScience