研究人员发现了阻碍量子计算机发展的物理极限

研究人员发现了阻碍量子计算机发展的物理极限维也纳科技大学的研究人员发现，时间测量设备存在一种新的权衡，可能对大规模量子计算机性能设定硬性限制。尽管问题不紧迫，但我们将量子操作系统从原型发展为实用计算机将面临越来越大的挑战。时间的度量受到物理限制，其中一个限制是时间分割的精度。"时间测量总是与熵有关，"维也纳科技大学量子信息与量子热力学交叉研究小组负责人、高级作者MarcusHuber说。研究表明，除非有无限能量，否则快速计时钟最终会遇到精度问题。时钟要么运行得快，要么运行得精确，两者不能同时兼得。对于量子计算等技术而言，时间的准确性至关重要。粒子数量增加时，计算的时间变得更加有限。虽然其他因素也限制量子计算机的精度，但时间测量的基本极限也起着关键作用。量子计算机的未来稳定性和性能，可能取决于我们是否能够解决时间测量方面的物理障碍。——（概述）

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用巴塞尔大学在量子比特技术方面取得的进展为可扩展量子计算带来了希望，它利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用。全世界的研究人员都在探索各种量子比特技术，对实用量子计算机的追求正如火如荼地进行着。尽管做出了大量努力，但对于哪种类型的量子比特最能最大限度地发挥量子信息科学的潜力，人们仍未达成共识。量子比特是量子计算机的基础。它们负责处理、传输和存储数据。有效的量子位必须可靠地存储和快速处理信息。这就要求外部系统能够准确控制大量量子比特之间稳定、迅速的相互作用。当今最先进的量子计算机只有几百个量子比特。这就限制了它们执行传统计算机已经能够完成的计算，而且往往能更高效地完成。要想推动量子计算的发展，研究人员必须找到一种在单个芯片上容纳数百万量子比特的方法。电子和空穴为了解决数千个量子比特的排列和连接问题，巴塞尔大学和NCCRSPIN的研究人员依靠一种利用电子或空穴自旋（固有角动量）的量子比特。空穴本质上是半导体中缺失的电子。空穴和电子都具有自旋，可采用两种状态之一：向上或向下，类似于经典比特中的0和1。与电子自旋相比，空穴自旋的优势在于它可以完全由电子控制，无需在芯片上安装微型磁铁等额外元件。两个相互作用的空穴自旋量子比特。当一个空穴（洋红色/黄色）从一个位点隧穿到另一个位点时，它的自旋（箭头）会因所谓的自旋轨道耦合而旋转，从而导致周围气泡所描述的各向异性相互作用。资料来源：NCCRSPIN2022年，巴塞尔物理学家证明，现有电子设备中的空穴自旋可以被捕获并用作量子比特。这些"FinFET"（鳍式场效应晶体管）内置于现代智能手机中，并通过广泛的工业流程生产出来。现在，安德烈亚斯-库尔曼（AndreasKuhlmann）博士领导的团队首次成功地在这种装置中实现了两个量子比特之间可控的相互作用。量子计算机需要"量子门"来执行计算。量子门"代表着操纵量子比特并将它们相互耦合的操作。研究人员在《自然-物理》杂志上报告说，他们能够将两个量子比特耦合起来，并根据其中一个量子比特的自旋状态，使另一个量子比特的自旋发生受控翻转--这就是所谓的受控自旋翻转。"孔自旋使我们能够创建既快速又高保真的双量子比特门。"库尔曼说："现在，这一原理还使我们有可能将更多的量子位对耦合在一起。"两个自旋量子比特的耦合基于它们之间的交换相互作用，这种相互作用发生在两个静电相互作用的无差别粒子之间。令人惊奇的是，空穴的交换能不仅在电学上是可控的，而且具有很强的各向异性。这是自旋轨道耦合的结果，意味着空穴的自旋状态受其空间运动的影响。为了在模型中描述这一观察结果，巴塞尔大学和NCCRSPIN的实验物理学家和理论物理学家联手合作。库尔曼说："各向异性使得双量子比特门成为可能，而无需在速度和保真度之间进行通常的权衡。基于空穴自旋的量子比特不仅可以利用硅芯片久经考验的制造工艺，还具有高度的可扩展性，并在实验中被证明是快速和稳健的。这项研究强调，这种方法在开发大规模量子计算机的竞赛中大有可为。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432321.htm

研究人员让​学习量子过程变得更容易

研究人员让​学习量子过程变得更容易一项突破性的研究确定了一种新的方法，使量子计算机只用几个简单的例子就能理解和预测量子系统。这项研究使用了量子神经网络（QNNs），这是模仿量子系统行为的机器学习模型。与需要大量实例的传统学习模型相比，QNNs使用一些"直积态"，这是更简单和更容易管理的量子状态的形式。得益于ZoeHolmes教授和她在EPFL的团队领导的一项开创性研究，这种场景距离我们更接近于成为现实。他们与加州理工学院、柏林自由大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员合作，发现了一种新的方法，可以教量子计算机如何理解和预测量子系统的行为，即使只有几个简单的例子。研究人员研究了"量子神经网络"（QNNs），这是一种机器学习模型，旨在利用受量子力学启发的原理学习和处理信息，以模仿量子系统的行为。就像人工智能中使用的神经网络一样，QNNs由相互连接的节点或"神经元"组成，用于进行计算。不同的是，在QNNs中，神经元根据量子力学的原理进行操作，使它们能够处理和操纵量子信息。"通常情况下，当我们教计算机一些东西时，我们需要大量的例子，"霍姆斯说。"但在这项研究中，只需几个简单的例子，称为'直积态'，计算机就能学会量子系统的行为方式，即使是在处理纠缠状态时也是如此，因为纠缠状态更加复杂，对理解也有挑战性。"科学家们使用的'直积态'指的是量子力学中的一个概念，它描述了一个量子系统的具体状态类型。例如，如果一个量子系统是由两个电子组成的，那么当每个单独的电子的状态被独立考虑，然后结合起来时，它的直积态就形成了。乘积态经常被用作量子计算和测量的起点，因为它们提供了一个更简单和更容易管理的框架来研究和理解量子系统的行为，然后再进入更复杂和纠缠的状态，其中粒子是相关的，不能被独立描述。研究人员证明，通过只用这些简单的例子训练QNN，计算机可以有效地掌握纠缠的量子系统的复杂动力学。霍姆斯解释说："这意味着也许能够用更小、更简单的计算机来学习和理解量子系统，比如我们在未来几年可能拥有的近期中间规模[NISQ]计算机，而不是需要大型和复杂的计算机，这可能是几十年后的事情。"这项工作还为使用量子计算机解决重要问题开辟了新的可能性，如研究复杂的新材料或模拟分子的行为。最后，该方法通过使创建更短和更抗错的程序来提高量子计算机的性能。通过学习量子系统的行为方式，我们可以简化量子计算机的编程，从而提高效率和可靠性。我们可以通过使量子计算机的程序更短、更不容易出错来使其变得更好。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369181.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369181.htm

量子物质突破：研究人员发现独特的量子行为

量子物质突破：研究人员发现独特的量子行为一个科学家小组将冷原子气体的操纵潜力提高了一倍，创造出了一种新型物质。这一突破可以通过激发特制气体中的"密度波"来推动量子技术的发展。密度波插图。由HaraldRitsch绘制。资料来源：因斯布鲁克大学/EPFL过去，冷原子气体因能够"编程"原子之间的相互作用而闻名于世，洛桑联邦理工学院的让-菲利普-布兰特教授（Jean-PhilippeBrantut）说。"我们的实验让这种能力翻了一番！"他们与因斯布鲁克大学的赫尔穆特-里奇（HelmutRitsch）教授小组合作，取得了一项突破性进展，这不仅会影响量子研究，还会影响未来的量子技术。长期以来，科学家们一直对了解材料如何自组织成晶体等复杂结构感兴趣。在量子物理学这个常常令人费解的世界里，粒子的这种自组织表现为"密度波"，即粒子排列成一种有规律的、重复的模式或"秩序"；就像一群穿着不同颜色衬衫的人站成一排，但没有两个穿着相同颜色衬衫的人站在一起。在金属、绝缘体和超导体等多种材料中都能观察到密度波。然而，对它们的研究一直很困难，尤其是当这种秩序（波中粒子的模式）与其他类型的组织（如超流体--一种允许粒子无阻力流动的特性）同时出现时。值得注意的是，超流动性并不仅仅是一种理论上的好奇心；它对于开发具有独特性质的材料（例如高温超导性，它可以带来更高效的能量传输和存储）或建造量子计算机具有巨大的意义。为了探索这种相互作用，布兰特和他的同事们创造了一种"单元费米气体"，这是一种由冷却到极低温度的锂原子组成的稀薄气体，其中的原子经常相互碰撞。然后，研究人员将这种气体置于光腔中，光腔是一种用于将光线长时间限制在狭小空间内的装置。光腔由两面反射镜组成，能将射入的光线在两面反射镜之间来回反射数千次，从而使光粒子（光子）在光腔内积聚。在这项研究中，研究人员利用空腔使费米气体中的粒子发生远距离相互作用：第一个原子会发射一个光子，光子反弹到镜子上，然后被气体中的第二个原子重新吸收，无论它与第一个原子的距离有多远。当发射和重新吸收的光子足够多时（在实验中很容易调整），原子就会集体组织成密度波模式。布兰特说："原子在费米气体中直接相互碰撞，同时又在很远的距离上交换光子，这是一种新型物质，其中的相互作用是极端的。我们希望，我们在那里看到的东西将增进我们对物理学中遇到的一些最复杂材料的理解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372485.htm

研究人员解决了量子信息传输的基础问题：在超小范围内构建通信能力

研究人员解决了量子信息传输的基础问题：在超小范围内构建通信能力东京大学工业科学研究所的研究人员解决了量子信息传输中的一个基础性问题，这将极大地提高集成电路和量子计算的实用性。资料来源：东京大学工业科学研究所现在，在最近发表于《物理评论快报》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员正在解决这个问题：他们开发了一种新技术，可以在几十到一百微米的范围内传输量子信息。这一进展可以改善即将问世的量子电子产品的功能。研究人员如何在同一量子计算机芯片上将量子信息从一个量子点传输到另一个量子点？一种方法可能是将电子（物质）信息转换成光（电磁波）信息：通过产生光-物质混合态。之前的工作与量子信息处理的单电子需求不符。改进高速量子信息传输方式，使其在设计上更加灵活，并与现有的半导体制造工具兼容，是研究小组的研究目标。"在我们的工作中，我们将量子点中的几个电子耦合到一个称为太赫兹分环谐振器的电路中，"该研究的第一作者黑山和之解释说。"这种设计非常简单，适合大规模集成。"以往的工作都是基于谐振器与数千到数万个电子集合的耦合。事实上，耦合强度是基于这个电子群的大尺寸。相比之下，本系统只限制了几个电子，适合量子信息处理。然而，电子和太赫兹电磁波都被限制在一个超小区域内。因此，耦合强度与多电子系统相当。资深作者KazuhikoHirakawa说："我们很兴奋，因为我们利用先进纳米技术中普遍存在的结构--这些结构通常被集成到半导体制造中--来帮助解决一个实际的量子信息传输问题。我们还期待着将我们的发现应用于理解光电子耦合态的基础物理学。"这项工作在解决之前量子信息传输中的一个棘手问题上迈出了重要一步，因为该问题限制了实验室研究成果的应用。此外，这种光物质相互转换被认为是基于半导体量子点的大规模量子计算机的基本架构之一。由于研究人员的成果是基于半导体制造中常见的材料和程序，因此实际应用应该很简单。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426161.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426161.htm

中国研究人员报告能用现有量子计算机破解 2048 位 RSA

中国研究人员报告能用现有量子计算机破解2048位RSA清华和浙大等中国研究人员在预印本平台上发表，报告破解2048位RSA密钥所需的量子比特数可以大幅减少，现有的量子计算机就能做到。研究人员称，PeterShor早在1990年代就发现用量子计算机进行大数的因式分解是很容易的，但所需的量子比特数需要多达数百万，现有技术还制造不出此类规模的量子计算机。今天最先进的量子计算机只有数百个量子比特——如IBM的Osprey有433个量子比特。中国研究人员提出了一种优化方法，将所需的量子比特数减少到372个量子比特——这是现有技术能做到的，虽然中国还没有如此先进的量子计算机。知名加密学专家BruceSchneier在其博客上指出，中国研究人员提出的优化方法是基于PeterSchnorr最近发表的一篇受争议论文，Schnorr的算法在较大的系统上崩溃了，所以中国的方法是否成功还是未知，但至少IBM的研究人员可以测试下了。来源，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot