创意、发明和创新可用于量子态控制

2019年2月15日09:06:01创意、发明和创新可用于量子态控制已关闭评论 3531500字阅读5分0秒

Monday, February 11, 2019 2019211日,星期一

量子物理定律在很小的尺度上支配着整个宇宙。利用量子现象的能力将有希望使我们能够制造出像量子计算机这样的机器,这种机器被预测比传统计算机执行某些计算的速度快得多。建造量子处理器的一个主要问题是,实时跟踪和控制量子系统的能力是一项极其脆弱的任务: 如果我们试图粗心大意地操纵这些系统,最终结果就会出现重大错误。阿尔托的一个团队的新工作希望意味着我们可以尽快进行这些微妙的操作。

 

为了达到这个目的,研究人员在一个定制设计的叫做 transmon 的电路中控制量子现象(见图)。当我们把 transmon 芯片冷却到绝对零度以上千分之几度时,这个设备就进入了量子世界,并开始表现得像一个人造原子。

 

包括跨模器件的超导电路可用于量子态控制。

创意、发明和创新可用于量子态控制图片由董兰和 Sorin Paraoanu 提供

 

研究人员感兴趣的量子特征之一是,transmon 的能量只能取特定的值,称为能级。能量水平就像梯子上的台阶: 爬梯子的人必须停在台阶上,不能徘徊在两个台阶之间的某个地方。同样,transmon 所拥有的能量只能是能级的设定值。当我们用微波照射电路时,transmon 可以吸收能量并爬上梯子的阶梯。

 

28日发表在《科学进展》杂志上的一项研究中,由阿尔托大学应用物理系高级讲师 Docent Sorin Paraoanu 领导的一个研究小组已经能够一次性使。transmon 跳跃超过一个能级。以前,这只能通过非常温和和缓慢的微波信号调整来控制设备。在新的工作中,一个额外的微波控制信号以一种非常特殊的方式形成,允许能量级的非常精确和快速的变化。主要作者 Antti veps l inen 博士解释说:"我们芬兰有一句谚语:"hiljaa hyv tulee"(慢慢来)。但是我们设法证明,通过不断地修正系统的状态,我们可以以更快的速度和更高的保真度来推动这个过程。

 

 合著者之一谢尔盖 · 丹尼林(Sergey Danilin)博士介绍了 quatum 控制——通过扩展"爬梯子"的类比,使用类似翻门子的芯片来构建量子计算机的过程。"为了得到一个有用的量子系统,你需要想象一下拿着一杯水爬上梯子的情景,如果一个人顺利爬上梯子,梯子就会工作——但是如果爬得太快,水就会洒出来。"。当然,这需要一种特殊的技能
研究人员发现,在量子这个词中,快速爬上梯子而不溅出水的诀窍是每次小心地跳两级!
这种能量梯的捷径是通过使 transmon 同时吸收两个不同的微波光子来实现的。自然规律对任何量子能量转换的速度都有一个限制,即使有捷径也是如此,这个限制被称为量子速度极限。令他们高兴的是,阿尔托的科学家们发现,他们的新方法导致了能量水平的变化,这种变化发生在接近理论计算极限的速度上。

 

能够控制量子系统中的高速能量转移所带来的更广泛的影响也让这个团队感到兴奋。量子计算和量子模拟应用具有潜在的高度重要性,这需要快速和高度稳健的操作,如状态准备和量子门的创建。博士也看到了其他方向的发展机会: 我们希望更深入地了解与能量转移相关的过程,这些过程在自然界和我们周围的技术奇迹中无处不在。例如,我们给电动汽车的电池充电的速度有什么基本的限制吗?在迅速发展的量子技术领域,这种新的控制方法有可能得到多种应用。

 

 

Contacts and sources: 联系方式和来源:

Sorin Paraoanu 索林 · 帕劳阿努(Sorin Paraoanu)

Aalto University 阿尔托大学

 

来源:https://beforeitsnews.com/v3/science-and-technology/2019/2945999.html

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