克服量子的限制 研究人员找到一种控制电子自旋的新方法

克服量子的限制研究人员找到一种控制电子自旋的新方法罗切斯特大学的一个研究小组在物理学副教授约翰-尼科尔的领导下，在《自然-物理学》杂志上发表了一篇论文，概述了操纵硅量子点--微小的、纳米级的半导体，具有显著特性的电子自旋的新方法，作为操纵量子系统信息的一种方式。尼科尔说："这项研究的结果为基于半导体量子点中的电子自旋的量子比特的相干控制提供了一个有希望的新机制，这可能为开发一个实用的硅基量子计算机铺平道路。"罗切斯特大学的研究人员通过控制硅量子点中电子的自旋，开发了一种在量子系统中操纵信息的新方法。硅中的电子在其自旋（向上和向下箭头）和谷态（蓝色和红色轨道）之间经历了一种被称为自旋-谷态耦合的现象。当研究人员对硅中的电子施加电压（蓝色光芒）时，他们利用自旋-谷耦合效应，可以操纵自旋和谷态，控制电子自旋。资料来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw使用量子点作为量子比特一台普通计算机由数十亿个晶体管组成，称为比特。另一方面，量子计算机是基于量子比特，也被称为量子比特。与普通的晶体管不同，它可以是"0"（关闭）或"1"（打开），而量子比特受量子力学规律的支配，可以同时是"0"和"1"。科学家们早就考虑使用硅量子点作为量子比特；控制量子点中电子的自旋将提供一种操纵量子信息传输的方法。量子点中的每个电子都有内在的磁性，就像一个小小的条形磁铁。科学家把这称为"电子自旋"--与每个电子相关的磁矩--因为每个电子是一个带负电的粒子，其行为就像它在快速旋转一样，而正是这种有效的运动引起了磁性。电子自旋是在量子计算中传输、存储和处理信息的一个有希望的候选者，因为它提供了长的相干时间和高的门控保真度，并且与先进的半导体制造技术兼容。量子比特的相干时间是指量子信息因与噪声环境相互作用而丢失之前的时间；长相干时间意味着执行计算的时间更长。高的门控保真度意味着研究人员要进行的量子操作会完全按照他们的要求进行。然而，使用硅量子点作为量子比特的一个主要挑战是控制电子自旋。控制电子自旋控制电子自旋的标准方法是电子自旋共振（ESR），它涉及到对量子比特施加振荡的射频磁场。然而，这种方法有几个局限性，包括需要在低温环境下产生和精确控制振荡磁场，而大多数电子自旋量子比特是在低温环境下工作的。通常情况下，为了产生振荡磁场，研究人员通过电线发送电流，这就会产生热量，从而干扰低温环境。尼科尔和他的同事概述了一种控制硅量子点中电子自旋的新方法，该方法不依赖于振荡电磁场。该方法基于一种被称为"自旋-谷粒耦合"的现象，当硅量子点中的电子在不同的自旋和谷粒状态之间转换时，就会发生这种现象。电子的自旋态指的是它的磁性，而谷态指的是与电子的空间轮廓有关的另一种属性。研究人员应用一个电压脉冲来利用自旋-谷耦合效应，操纵自旋和谷态，控制电子自旋。"这种通过自旋-谷耦合进行相干控制的方法，可以实现对量子比特的普遍控制，并且可以在不需要振荡磁场的情况下进行，而振荡磁场是ESR的一个限制，"尼科尔说。"这使我们有了一条新的途径，可以使用硅量子点来操纵量子计算机中的信息。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346405.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346405.htm

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命研究人员离实现制造多任务的“量子”计算机又近了一步，那将是比现有的最先进的超级计算机更强大的计算机。量子计算机利用了亚原子粒子的怪异特性。所谓的量子波粒能够同时存在于两个地方，而且即使分隔数百万英里仍然匪夷所思地能够保持关联性。英国苏塞克斯大学（SussexUniversity）的研究团队实现了在电脑芯片之间以前所未有的速度和精度传送量子信息。一个研究当中的障碍就是需要在芯片之间迅速和可靠地传送量子信息：信息受损就会产生误差。不过汉辛格教授的团队已经取得了突破，他们发表在《自然通讯》期刊上的研究表明，他们可能已经克服了上述障碍。这个团队研发了从一个芯片向另外一个芯片以创纪录的速度传送信息的系统，传送可靠率达到了99.999993%。研究人员说，这显示了在原则上许多芯片能够插在一起形成算力更强大的量子计算机。——（节选）

DARPA计划的突破有望带来更实用的量子计算机

DARPA计划的突破有望带来更实用的量子计算机量子计算基于一些看似神奇或疯狂的概念，有可能彻底改变我们对计算机的认识。通过利用量子效应和一些相对复杂的数学知识，量子计算可以将信息处理速度提高到经典计算的几个数量级，并推动人工智能、生物化学、密码学等更多领域的发展。这一切都令人印象深刻，但在实现过程中却磕磕绊绊，因为事实证明，要让量子计算超越实验阶段是相当困难的。部分原因是量子计算的错误率非常高，这并不奇怪，因为量子计算的原理基于这样一个事实：与经典计算的一和零二进制不同，有些东西可以是一，也可以是零，或者同时是一和零。诀窍在于找到一种方法，通过将这些容易出错或"噪声"的处理器与经典系统相结合，使其变得更加实用。就DARPA而言，这涉及到通过开发逻辑量子比特来重点解决国防和工业中出现的优化问题，逻辑量子比特是一种更高级别的抽象概念，其作用类似于量子算法，它基于Rydberg量子比特，而Rydberg量子比特是一种物理元件，其作用类似于双态量子系统。DARPA国防科学办公室ONISQ项目经理MukundVengalattore博士说："Rydberg量子比特具有特性均匀的有利特点--这意味着每个量子比特的行为方式都与下一个量子比特无异。其他平台（如超导量子比特）则不然，每个量子比特都是独一无二的，因此不能互换。""Rydberg量子比特的同质性使它们能够快速扩展，也使它们能够通过量子电路上的激光器轻松操控和移动。这就克服了目前执行量子比特操作时必须按顺序连接它们，从而在整个芯片中传播错误的易错方法。现在可以想象在量子芯片上对量子比特进行动态重新配置，不再局限于按顺序运行量子电路。现在，我们可以使用激光镊子将整个量子比特集合（所有量子比特）从电路中的一个地方带到电路上的另一个地方，运行一个操作，然后将它们放回原来的位置。可动态重新配置和可移动的雷德堡逻辑量子比特为设计和构建可扩展的量子计算处理器开辟了全新的概念和范式"。目前，DARPA已经连接了48个逻辑量子比特，但要达到实用量子计算机所需的复杂程度，还需要更多的逻辑量子比特。不过，这将远远低于最初想象的容错量子计算机所需的数百万个量子比特。DARPA技术顾问GuidoZuccarello博士说："如果有人在三年前ONISQ计划开始时预测，Rydberg（一种具有一个或多个电子的激发原子，具有非常高的主量子数）中性原子可以作为逻辑量子比特，没有人会相信。"这是DARPA对这些研究较少的量子比特以及研究较多的离子和超导电路的潜力下注的方式。作为一项探索性计划，ONISQ为研究人员提供了探索独特的新应用的余地，而不仅仅局限于优化重点。因此，哈佛大学领导的团队能够利用这些雷德堡量子比特的更多潜力，并将它们转化为逻辑量子比特，这是一个非常重大的发现。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403841.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403841.htm

微软和 Quantinuum 声称在量子计算领域取得突破

据路透社报道，微软和Quantinuum周三表示，通过提高量子计算机的可靠性，他们在使量子计算机成为商业现实方面迈出了关键一步。量子计算机可以执行传统计算机需要几百万年才能完成的科学计算任务。量子计算的基础单位“量子比特”虽然计算速度极快，但非常敏感，如果量子计算机受到轻微干扰就会产生数据错误。为了克服这个问题，量子计算研究人员通常会制造出远超需求的物理量子比特，并通过纠错技术，产生较少数量但高度可靠和实用的量子比特。微软和Quantinuum表示他们在该领域取得了突破。微软将其编写的纠错算法应用于Quantinuum的物理量子比特上，从30个物理量子比特中获得了大约了4个高度可靠的量子比特。微软负责战略任务和技术的执行副总裁JasonZander表示，该公司相信这是迄今为止量子芯片中可靠量子比特的最佳比例。微软表示，计划在未来几个月内向其云计算客户发布该技术。via匿名标签:#微软#AI#Quantinuum频道:@GodlyNews1投稿:@GodlyNewsBot

研究人通过可扩展量子点棋盘实现量子计算突破

研究人通过可扩展量子点棋盘实现量子计算突破承载16个量子点交叉阵列的量子芯片照片，与棋盘图案无缝集成。每个量子点就像棋盘上的棋子，都可以通过字母和数字坐标系进行唯一识别和控制。图片来源：MariekedeLorijnforQuTech。图片来源：MariekedeLorijnforQuTech量子点可用于容纳量子计算机的基础构件--量子比特。目前，每个量子位都需要自己的寻址线和专用控制电子设备。这非常不切实际，与当今的计算机技术形成了鲜明对比，在当今的计算机技术中，数十亿个晶体管只需几千条寻址线即可运行。代尔夫特理工大学（TUDelft）和应用科学研究组织（TNO）合作成立的QuTech公司的研究人员开发出了一种类似的量子点寻址方法。就像用字母（A到H）和数字（1到8）组合来寻址国际象棋棋子的位置一样，量子点也可以用水平线和垂直线组合来寻址。棋盘上的任何一点都可以通过字母和数字的特定组合来定义和寻址。他们的方法将最先进的技术提升到了一个新水平，实现了16量子点系统在4×4阵列中的运行。第一作者弗朗切斯科-博尔索伊解释说："这种解决量子点问题的新方法有利于扩展到多个量子位。如果使用一根线控制和读出单个量子位，那么数百万个量子位就需要数百万根控制线。这种方法不能很好地扩展。但是，如果使用我们的棋盘式系统来控制量子位，那么数百万量子位只需"使用"数千条控制线即可寻址，其比例与计算机芯片非常相似。线路的减少为量子比特数量的扩展提供了前景，是量子计算机的一个突破，量子计算机最终将需要数百万量子比特。"提高数量和质量量子计算机不仅需要数百万量子比特，量子比特的质量也极为重要。最后一位作者兼首席研究员门诺-维尔德霍斯特（MennoVeldhorst）说："就在最近，我们已经证明，这些类型的量子比特可以以99.992%的保真度运行。这是所有量子点系统中最高的，意味着每万次操作的平均误差不到1次。通过开发复杂的控制方法和使用锗作为宿主材料，这些进步成为可能，因为锗具有许多有利于量子运行的特性"。量子模拟的早期应用由于量子计算正处于早期发展阶段，因此我们有必要考虑如何以最快的速度实现实用的量子优势。换句话说：量子计算机何时才能比传统超级计算机"更好"？一个明显的优势是可以模拟量子物理，因为量子点的相互作用是基于量子力学原理的。事实证明，量子点系统可以非常有效地进行量子模拟。Veldhorst说："在最近发表的另一篇文章中，我们展示了锗量子点阵列可用于量子模拟。这项工作是首次使用标准半导体制造材料进行的相干量子模拟。我们能够对共振价键进行初级模拟。虽然这项实验仅基于一个小型装置，但在大型系统上执行此类模拟可能会解决物理学中的长期问题。"未来工作Veldhorst总结道："令人兴奋的是，我们在向更大系统扩展、提高性能以及获得量子计算和模拟机会方面迈出了几步。一个悬而未决的问题是，我们能将这些棋盘式电路做多大，如果存在限制，我们是否能利用量子链路将许多棋盘式电路互连起来，从而构建更大的电路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381635.htm

176比特！“祖冲之号”量子计算云平台今日上线

176比特！“祖冲之号”量子计算云平台今日上线中国科学技术大学教授、“祖冲之号”量子计算总师朱晓波介绍，比特数是衡量量子计算机可实现的计算能力的重要指标，中国科大“祖冲之号”研发团队在原“祖冲之号”66比特的芯片基础上做出提升，新增了110个耦合比特的控制接口，使得用户可操纵的量子比特数达到176比特。除了比特规模，在其他涉及量子计算机性能的连通性、保真度、相干时间等关键指标上，“祖冲之号”云平台接入的新一代量子计算机的设计指标也瞄准国际最高水平，不断在实际中调试提升其性能。“祖冲之号”量子计算常务副总指挥、国盾量子董事长彭承志表示，量子计算未来可为密码分析、人工智能、气象预报、资源勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案，其中量子计算云平台是量子计算走向应用的重要一步。对于社会大众来说，可以利用量子计算云平台进行科普，亲身体验简易的量子计算编程和图像实验等；对于更广泛的产业用户来说，可远程访问具备量子优越性潜力的量子计算机，能进一步发展量子编程框架，进行应用探索。高性能量子计算机和开放共赢的云平台发布，也将促进中国量子计算自主可控产业链发展，有助于量子技术和产业生态的健康发展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362733.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362733.htm