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来源:科技日报

美国耶鲁大学的研究人员研制出世界上首个固态量子处理器,采用双量子比特超导芯片成功进行了如简单搜索这样的基础运算,向最终实现研制量子计算机的梦想又迈出了重要一步。该项研究成果发表在《自然》杂志网络版上。
  
耶鲁大学应用物理学教授罗伯特·舒尔科普夫领导的研究小组与一批理论物理学家合作,制成了两个量子比特(人造原子),其中每个量子比特都由10亿个铝原子组成,可以像单原子一样具有两种不同的能量状态,类似传统计算机中的“1”和“0”或者说是“开”和“关”。利用量子力学中的反直观效应,研究人员能够有效地在同一时刻使量子比特处于叠加态,以获得更强大的信息存储和处理能力。为了使量子比特能够突然“开”、“关”,以便仅在需要时进行快速的信息交换,研究人员采用了耶鲁大学早先开发的“量子巴士”——通过有线连接量子比特来传递信息的光子,作为彼此进行信息交换的工具。这也是双量子比特处理器的关键所在。

该类型计算看似简单,但过去却由于无法得到足够时长的量子比特而难以完成。10年前第一个量子比特能维持特定量子态的时长约为1毫微秒(十亿分之一秒),而现在耶鲁大学的研究小组则能够维持1微秒(百万分之一秒),是原来的1000倍。这个时长足够运行简单算法。

舒尔科普夫指出,目前,这样的处理器仅能执行一些简单的量子计算任务,这些任务以前依靠单原子核、原子和光子也可完成,但这是第一次使用一个全电子设备来完成,无论是从外观还是感觉上看,它都更像是一个普通的微处理器。虽然距制造出一台实用量子计算机还有一段距离,但这确实是一个巨大的进步。

研究小组接下来的任务是增加量子比特维持量子态的时长,这样就可以运行更复杂的算法。同时他们还要设法使“量子巴士”能够连接更多的量子比特。每增加一个量子比特,处理能力就会呈指数增长,更先进的量子计算机无疑拥有着巨大的潜力。
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