我国科学家实现最大规模离子阱量子模拟计算

我国科学家实现最大规模离子阱量子模拟计算离子阱是通过电磁场将离子限定在有限空间内的设备，被认为是有望实现大规模量子计算的物理系统之一。如何把大量离子稳定“囚禁”于离子阱，再通过激光控制，制造量子计算的基本数据单元“量子比特”，是项国际性难题。中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院段路明教授团队30日在国际学术期刊《自然》上发表一项量子模拟计算方面的突破性成果。该团队首次利用二维离子阵列实现了目前已知国际最大规模、具有“单比特分辨率”的多离子量子模拟计算，为实现大规模量子计算提供了新路径。（新华社）

哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特

哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特利用声波控制原子空位可以增强通信技术，并为量子计算提供新的控制机制。声共振无处不在。事实上，很有可能你现在手里就拿着一个。如今，大多数智能手机都将体声谐振器用作射频滤波器，以滤除可能降低信号质量的噪音。这些滤波器也用于大多数Wi-Fi和GPS系统。声学谐振器比电子谐振器更稳定，但也会随着时间的推移而退化。目前还没有一种简便的方法来主动监测和分析这些广泛使用的设备的材料质量退化情况。现在，哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员与普渡大学OxideMEMS实验室的研究人员合作开发了一种系统，利用碳化硅中的原子空位来测量声共振的稳定性和质量。更重要的是，这些空位还可用于声控量子信息处理，为操纵嵌入这种常用材料中的量子态提供了一种新方法。"碳化硅既是量子报告器的宿主，也是声共振探针的宿主，它是一种现成的商用半导体，可以在室温下使用，"该论文的资深作者、应用物理系和电子工程系塔尔-科因教授、文理学院李彦宏和马蔚华教授伊夫林-胡（EvelynHu）说。"作为一种声共振探针，碳化硅中的这种技术可用于监测加速计、陀螺仪和时钟在其寿命期间的性能，而在量子方案中，则有可能用于混合量子存储器和量子网络"。这项研究发表在《自然-电子学》上。碳化硅是微机电系统（MEMS）的常用材料，其中包括体声谐振器。普渡大学埃尔莫尔家族电气与计算机工程学院教授、论文合著者苏尼尔-巴维（SunilBhave）说："众所周知，晶圆级可制造碳化硅谐振器尤其具有同类最佳的品质因数性能。但是，晶体生长缺陷（如位错和晶界）以及谐振器制造缺陷（如粗糙度、系应力和微尺度凹坑）会在MEMS谐振器内部造成应力集中区域。"如今，要想在不破坏声学谐振器的情况下看到谐振器内部的情况，唯一的办法就是使用超强且非常昂贵的X射线，例如阿贡国家实验室的宽光谱X射线束。夹在碳化硅声共振器（蓝色）顶部两个电极（黄色）之间的压电层（绿色）。电极和压电层产生的声波会对晶格产生机械应变，从而使缺陷（红色）的自旋发生翻转。利用聚焦在谐振器背面的激光读出自旋。资料来源：HuGroup/HarvardSEAS"这类昂贵且难以接近的机器无法在铸造厂或实际制造或部署这些设备的地方进行测量或表征，"SEAS研究生、论文共同第一作者乔纳森-迪茨（JonathanDietz）说。"我们的动机是尝试开发一种方法，让我们能够监测体声谐振器内部的声能，这样你就可以将这些结果反馈到设计和制造过程中。"碳化硅通常存在天然缺陷，在这种缺陷中，一个原子从晶格中被移除，从而产生一种空间局部电子状态，其自旋可以通过材料应变与声波相互作用，例如声共振器产生的应变。当声波穿过材料时，会对晶格产生机械应变，从而使缺陷的自旋发生翻转。自旋状态的变化可以通过用激光照射材料来观察，看有多少缺陷在受到扰动后"打开"或"关闭"。"光有多暗或多亮，表明缺陷所在局部环境中的声能有多强，"SEAS的研究生、论文合著者亚伦-戴（AaronDay）说。"由于这些缺陷只有单个原子大小，它们提供的信息非常局部，因此，你实际上可以用这种非破坏性的方式绘制出器件内部的声波图。"该地图可以指出系统可能在哪里以及如何退化或无法以最佳状态运行。碳化硅中的这些缺陷也可以成为量子系统中的量子比特。如今，许多量子技术都建立在自旋相干性的基础上：自旋在特定状态下保持的时间。这种相干性通常由磁场控制。但Hu和她的团队利用他们的技术证明，他们可以通过声波对材料进行机械变形来控制自旋，从而获得与其他使用交变磁场的方法类似的控制质量。Hu说："利用材料的天然机械特性--应变--扩大了我们的材料控制范围。当我们使材料变形时，我们发现我们还可以控制自旋的相干性，而且我们只需通过材料发射声波就能获得这些信息。这为我们提供了一个重要的材料固有特性的新工具，我们可以利用它来控制蕴藏在材料中的量子态。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392729.htm

科学家利用光基处理器实现量子计算的巨大飞跃

科学家利用光基处理器实现量子计算的巨大飞跃这些新兴领域中在原子水平上运行的技术已经为药物发现和其他小规模应用带来了巨大的好处。未来，大规模量子计算机有望解决当今计算机无法解决的复杂问题。首席研究员、澳大利亚皇家墨尔本理工大学的阿尔贝托-佩鲁佐（AlbertoPeruzzo）教授说，该团队的处理器是一种光子学设备，利用光粒子携带信息，通过最大限度地减少"光损失"，有助于成功实现量子计算。提高量子效率佩鲁佐是皇家墨尔本理工大学量子计算与通信技术卓越中心（ARCCentreofExcellenceforQuantumComputationandCommunicationTechnology，CQC2T）节点的负责人，他介绍说："如果失去光线，就必须重新开始计算，其他潜在的进步包括提高了"不可破解"通信系统的数据传输能力，以及加强了环境监测和医疗保健领域的传感应用。"研究小组的可重新编程光基处理器。资料来源：皇家墨尔本理工大学WillWright研发成果研究小组在一系列实验中对光子处理器进行了重新编程，通过施加不同的电压实现了相当于2500个设备的性能。他们的研究结果和分析发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）上。这项创新可以为量子光子处理器带来更紧凑、更可扩展的平台。论文第一作者、皇家墨尔本理工大学博士生杨洋说，这种设备"完全可控"，能在降低功耗的情况下快速重新编程，而且无需制作许多定制设备："我们通过实验在单个设备上展示了不同的物理动态。这就像有了一个开关，可以控制粒子的行为方式，这对理解量子世界和创造新的量子技术都很有用"。合作创新意大利特伦托大学的MirkoLobino教授利用一种名为铌酸锂的晶体制造了这种创新的光子装置，而美国印第安纳大学普渡大学印第安纳波利斯分校的YogeshJoglekar教授则带来了他在凝聚态物理学方面的专业知识。铌酸锂具有独特的光学和电光特性，是光学和光子学各种应用的理想材料。Lobino说："我所在的小组参与了该设备的制造工作，这尤其具有挑战性，因为我们必须在波导顶部微型化大量电极，以实现这种程度的可重构性。"Joglekar说："可编程光子处理器为探索这些设备中的一系列现象提供了一条新的途径，而这些现象将有可能开启技术和科学领域令人难以置信的进步。"推进量子控制与此同时，佩鲁佐的团队还开发出了一种世界首创的混合系统，它将机器学习与建模相结合，对光子处理器进行编程，帮助控制量子设备。量子计算机的控制对于确保数据处理的准确性和效率至关重要。该设备输出精度面临的最大挑战之一是噪声，它描述了量子环境中影响量子比特性能的干扰。微微子是量子计算的基本单位。佩鲁佐说："有一系列行业正在开发全面的量子计算，但它们仍在与噪声造成的误差和低效作斗争。控制量子比特的尝试通常依赖于对什么是噪声以及造成噪声的原因的假设。我们开发了一种协议，利用机器学习来研究噪声，同时利用建模来预测系统对噪声的反应，而不是做出假设。利用量子光子处理器，这种混合方法可以帮助量子计算机更精确、更高效地运行，从而影响我们未来控制量子设备的方式。我们相信，我们的新混合方法有可能成为量子计算领域的主流控制方法。"主要作者、来自皇家墨尔本理工大学的AkramYoussry博士说，与传统的建模和控制方法相比，新开发的方法的结果显示出显著的改进，可以应用于光子处理器以外的其他量子设备。他说："这种方法帮助我们发现并理解了我们设备的一些方面，这些方面超出了这种技术的已知物理模型。这将帮助我们在未来设计出更好的设备。"这项工作发表在《NpjQuantumInformation》上。未来展望与量子计算的潜力围绕其团队的光子设备设计和量子控制方法，可以创建量子计算方面的初创公司，他们将继续研究其应用及其"全部潜力"。量子光子学是最有前途的量子产业之一，因为光子学产业和制造基础设施已经非常完善。与其他方法相比，量子机器学习算法在某些任务中具有潜在优势，尤其是在处理大型数据集时。"想象一下，在这个世界上，计算机的工作速度比现在快几百万倍，我们可以安全地发送信息而不必担心信息被截获，我们可以在几秒钟内解决目前需要几年才能解决的问题。这不仅仅是幻想--这是由量子技术驱动的潜在未来，而像我们这样的研究正在铺平道路。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422385.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422385.htm

加州理工学院科学家推出消除量子计算机错误的新方法

加州理工学院科学家推出消除量子计算机错误的新方法未来的量子计算机有望彻底改变各个领域的问题解决方式，例如创造可持续材料、开发新药物以及揭示基础物理学中的复杂问题。然而，这些开创性的量子系统目前比我们今天使用的经典计算机更容易出错。如果研究人员能拿出一块特殊的量子橡皮擦，把错误擦掉，岂不美哉？研究人员首次成功演示了"擦除"错误的识别和清除。据《自然》杂志报道，由加州理工学院领导的一组研究人员率先展示了一种量子橡皮擦。物理学家们证明，他们可以精确定位并纠正量子计算系统中被称为"擦除"错误的错误。这项新研究的共同第一作者、加州理工学院物理学教授曼努埃尔-恩德雷斯实验室的研究生亚当-肖说："通常很难检测到量子计算机中的错误，因为仅仅是寻找错误的行为就会导致更多错误的发生。但我们的研究表明，通过一些细致的控制，我们可以精确定位并消除某些错误，而不会造成任何后果，这就是擦除这一名称的由来。"量子计算机基于亚原子领域的物理定律，例如纠缠，这是一种粒子在不直接接触的情况下保持相互连接和模仿的现象。在这项新研究中，研究人员重点研究了一种使用中性原子阵列或不带电原子的量子计算平台。具体来说，他们操纵了封闭在激光制成的"镊子"内的单个碱土中性原子。这些原子被激发至高能状态，即"雷德贝格"状态，在这种状态下，相邻原子开始相互作用。虽然量子设备中的错误通常很难被发现，但研究人员已经证明，只要小心控制，一些错误就能让原子发光。研究人员利用这种能力，使用原子阵列和激光束执行了一次量子模拟，如图所示。实验表明，他们可以摒弃发光的错误原子，使量子模拟运行得更有效率。图片来源：加州理工学院/兰斯-林田这项研究的另一位共同第一作者帕斯卡尔-烁尔（PascalScholl）解释说："我们量子系统中的原子会彼此交谈并产生纠缠，"他曾是加州理工学院的博士后学者，现就职于法国一家名为PASQAL的量子计算公司。纠缠是量子计算机超越经典计算机的关键所在。"然而，自然界并不喜欢保持这种量子纠缠状态，"Scholl解释说。"最终，错误会发生，从而破坏整个量子态。这些纠缠态可以看作是装满苹果的篮子，原子就是苹果。随着时间的推移，一些苹果会开始腐烂，如果不把这些苹果从篮子里拿出来换成新鲜的，那么所有的苹果都会迅速腐烂。目前还不清楚如何才能完全防止这些错误的发生，因此，目前唯一可行的办法就是检测和纠正错误"。新的错误捕捉系统的设计方式是，错误的原子在受到激光照射时会发出荧光或发光。Scholl说："我们有发光原子的图像，它们会告诉我们错误在哪里，因此我们可以将它们排除在最终统计之外，或者使用额外的激光脉冲来主动纠正它们。"在中性原子系统中实施擦除检测的理论最早是由普林斯顿大学电气与计算机工程教授杰夫-汤普森（JeffThompson）及其同事提出的。该团队最近还在《自然》（Nature）杂志上报告了该技术的演示。加州理工学院团队表示，通过消除和定位他们的雷德堡原子系统中的错误，他们可以提高纠缠的总体速率或保真度。在这项新研究中，研究小组发现，1000对原子中只有一对未能纠缠在一起。这比之前的结果提高了10倍，也是在这类系统中观察到的最高纠缠率。归根结底，这些结果对使用雷德贝格中性原子阵列的量子计算平台来说是个好兆头。中性原子是最具可扩展性的量子计算机类型，但直到现在它们才具有高纠缠保真度。参考文献：《高保真雷德堡量子模拟器中的擦除转换》，作者：PascalScholl、AdamL.Shaw、RichardBing-ShiunTsai、RanFinkelstein、JoonheeChoi和ManuelEndres，2023年10月11日，《自然》杂志。DOI:10.1038/s41586-023-06516-4编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404799.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404799.htm

谷歌科学家发布：量子计算机取得重大突破

谷歌科学家发布：量子计算机取得重大突破谷歌科学家最近在ArXiv平台上发布了一篇预印本论文，声称在量子计算机领域取得了重大突破。他们表示，通过对Sycamore处理器的升级，谷歌成功提升了量子位的数量，从之前的53个增加到了70个。这次实验中，谷歌科学家们执行了一项名为随机电路采样的任务，这个任务在量子计算中用于评估计算机的性能和效率。通过运行随机电路并分析结果输出，科学家们测试了量子计算机在解决复杂问题方面的能力。谷歌的研究结果显示，升级后的70个量子位的Sycamore处理器在执行随机电路采样任务上比业内最先进的超级计算机快了几十亿倍。例如，需要业内最先进超级计算机Frontier计算47.2年才能完成的任务，53个量子位的Sycamore处理器只需要6.18秒就能完成，而新版的70个量子位的Sycamore处理器速度更快。来源，，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

德中科学家合作在半导体纳米结构中实现新型量子比特

德中科学家合作在半导体纳米结构中实现新型量子比特研究小组成功地在半导体纳米结构中产生了量子位。研究人员利用一种特殊的能量转换，在量子点（半导体的一个微小区域）中产生了一种叠加态，其中一个电子空穴同时拥有两个不同的能级。这种叠加态是量子计算的基础。以前，要诱导这种状态，必须使用能够发射太赫兹范围光线的大型自由电子激光器。遗憾的是，这种波长太长，无法将光束准确聚焦到量子点上。不过，该团队利用两个经过仔细校准的短波长激光脉冲实现了激发。以杭州浙江大学的刘锋为首的研究小组与波鸿鲁尔大学的阿尔内-路德维希博士领导的研究小组以及其他来自中国和英国的研究人员一起，在2023年7月24日在线出版的《自然-纳米技术》杂志上报告了他们的研究成果。研究人员成功地在一种半导体纳米结构中创建了一种量子叠加态，它可能成为量子计算的基础。诀窍在于：两个光学激光脉冲可作为一个太赫兹激光脉冲。(波鸿研究团队：Hans-GeorgBabin（左）和ArneLudwig）。资料来源：RUB，Marquard为了实现这种叠加态，研究人员利用了辐射奥格转变。在这一过程中，一个电子与一个空穴重新结合，部分能量以光子形式释放，部分能量转移到另一个电子上。电子空穴--换句话说，缺失的电子--也会发生同样的过程。2021年，一个研究小组首次成功地专门激发了半导体中的辐射奥杰转变。在当前的项目中，研究人员证明了辐射奥杰过程可以被相干驱动：他们使用了两束不同的激光，其强度相互之间有特定的比例。通过第一束激光，他们激发了量子点中的电子-空穴对，产生了由两个空穴和一个电子组成的准粒子。利用第二束激光，他们触发了辐射奥杰过程，将一个空穴提升到一系列更高的能量状态。研究人员利用微调激光脉冲在空穴基态和高能态之间产生叠加。这样，空穴就同时存在于这两种状态中。这种叠加是量子比特的基础，与传统比特不同，量子比特不仅存在于"0"和"1"两种状态，而且还存在于这两种状态的叠加中。汉斯-格奥尔格-巴宾（Hans-GeorgBabin）在波鸿鲁尔大学由安德烈亚斯-维克（AndreasWieck）教授领导的应用固体物理教席的阿尔内-路德维希（ArneLudwig）博士的指导下，制作了用于实验的高纯度半导体样品。在此过程中，研究人员提高了量子点的集合均匀性，并确保了所生产结构的高纯度。这些措施为与严俊勇和刘峰合作的中国合作伙伴进行实验提供了便利。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374897.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374897.htm