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准备量子计算机离开实验室

Winfried Hensinger教授。

由苏塞克斯大学的Winfried Hensinger教授领导的一个科学家小组在量子计算面临的一个最大问题上取得了重大突破:如何减少环境“噪音”对大型高灵敏度功能的破坏性影响 - 量子计算机。

在现实世界中,技术发展需要在不完美的条件下运作;在高度受控的实验室中成功测试的内容可能会在出现真实的环境因素时失败,例如电子元件的电压波动或日常电子设备发出的杂散电磁场。

苏塞克斯大学的离子量子技术小组已经成功地大大减少了影响被困离子量子计算机的环境“噪音”的影响,在今天发表于2018年11月1日星期四的一篇文章中报道了他们的发现,发表在物理评论快报上。这意味着该团队距离构建具有解决具有挑战性的现实问题能力的大型量子计算机更近了一步。

目前存在的小型量子计算机只包含少量量子比特 - 量子计算机的组件,它们存储信息并且可以存在于多个状态,也称为量子比特。因此,目前的量子计算机小到足以在专业实验室内的高度受控环境中操作。然而,由于量子比特数量有限,这种机器不具备解决复杂问题所需的处理能力。

建成后,大型量子计算机将能够解决某些问题,这些问题甚至可能需要数十亿年来最快的超级计算机来计算。为了创建一个可以解决这些问题的量子计算机,科学家们需要增加量子比特的数量,这反过来又会增加量子计算机的体积。问题在于,添加的量子位越多,将计算机与任何会破坏计算过程的现实“噪声”隔离开的难度就越大。

Hensinger的苏塞克斯大学物理学家团队已经实现了量子计算的突破,能够减轻其中的一些问题。他们与伦敦帝国理工学院的理论科学家Florian Mintert博士及其同事合作,他们提出了一个理论,即如何通过操纵量子计算机内部使用的奇怪量子效应来解决这个问题。该理论允许 - 利用量子物理学的奇怪特性 - 以这样的方式执行量子计算,即机器的初始操作参数的变化不会导致计算的最终结果发生实质性变化。这反过来又有助于使量子计算机与环境“噪声”的影响隔离开来。

苏塞克斯离子量子技术小组的资深科学家Sebastian Weidt博士解释了这一重要性:“实现这一技术可能会对开发商用离子阱量子计算机的能力产生深远的影响。”

苏塞克斯团队开始研究是否能够实际实施这一理论。他们使用复杂的射频和微波信号,能够控制各个带电原子(离子)固有的量子效应,以在实际实验中证明这一点。它们的实施基于微波技术,例如移动电话中的微波技术。经过几个月在实验室的密集工作,苏塞克斯科学家设法使这种新方法成为现实,通过实验证明其能够大幅降低“噪声”对被困离子量子计算机的影响。

去年苏塞克斯大学离子量子技术小组负责人Hensinger教授表示:“随着这一进步,我们又朝着构建量子计算机迈出了又一个实际步骤。”这样的机器能够解决某些问题,即使是速度最快的超级计算机也可能需要花费数十亿年来计算并对人类产生巨大的益处;它们可能能够帮助我们创造新的药物;找到新的疾病治疗方法,如痴呆症;为金融部门创造有力的工具;通过更有效的肥料生产,以及许多其他应用,有益于农业。我们才刚刚开始了解这些机器的巨大潜力。“

Hensinger的团队现在正在利用这项新技术,因为他们最终接触到了目前在苏塞克斯大学实验室中的强大量子计算机原型。

Hensinger说:“现在是时候将学术成就转化为实用机器的构建。我们在苏塞克斯的工作非常出色,我的团队正在全天候工作,使大规模量子计算成为未来的现实。”

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