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往编译 Quantum 计算机的步骤

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

上升为编译实用的数量计算机勘察,国家标准技术局的 (NIST) 物理学家展示了在电子被充电的原子 (离子) 的持续的,可靠的信息处理的运算。 新的工作,描述在快速科学的 8月 6日的问题, * 解决在称的重大的障碍从小的演示的离子诱捕技术到更大的数量处理器。

持续 NIST 的物理学家被展示,信息处理可靠的数量在离子陷井在此照片的左中心,改善为编译一台实用的数量计算机勘察。 离子被困住在黑暗的裂缝 (3.5mm 里面长和宽 200 个的测微表) 在金隐蔽的氧化铝薄酥饼之间。 通过更改电压适用于其中每一个金电极,科学家能移动离子在这个陷井的六个区域之间。 赊帐: J. Jost/NIST

在新的演示, NIST 研究员重复执行五次数量逻辑操作和十运输业务一个联合的顺序,当可靠维护在离子存储的二进制数据的 0s 和 1s,起数量位 (qubits) 作用时对于一台假定数量计算机和保留这个能力随后操作此信息。 以前, NIST 的科学家和在别处无法哄骗所有 qubit 技术到进行数量逻辑操作一个完整集,当运输信息,没有降低最新进程时的干扰。

“重大的预付款是我们可以继续进行计算,尽管我们执行很多 qubit 运输的情况”, NIST 博士后说第一个作者乔纳森家。

NIST 组执行某些在信息处理的数量的最早的实验和以前展示了为计算需要的许多基本成分与被困住的离子。 新的研究与二个关键的解决方法结合早先预付款对以前慢性易损性: 冷却离子,在运输,因此他们脆弱的数量属性可以为随后的逻辑操作以后使用和存储数据值在对不需要的改变是有抵抗性由杂散的磁场离子的特殊状态。

结果, NIST 研究员在一个小规模现在展示了一个大规模基于离子的数量处理器的所有一般被认可的需求。 以前他们可能每次进行所有下列进程一些,但是他们可以一起和重复现在执行所有: (1) “初始化” qubits 对这个期望开始的状态 (0 或 1), (2) 存储在离子的 qubit 数据, (3) 在这个处理器进行在一两 qubits 的逻辑操作, (4) 区别地点之间的调用信息,并且 (5) 读出的 qubit 单个发生 (0 或 1)。

通过对离子的其使用, NIST 实验陈列数量计算机的,可能理论上解决有些问题当前是难处理的,例如破解今天最用途广泛的加密编码的一个可能地强大的设备一有为的结构。 取决于亚微观数量世界的异常的规律, qubits 可能同时作为 0s 和 1s,不同于普通的数字式存储单元,在指定时候只表示一个值。 Quantum 计算机从这个情况也派生他们的功率 qubits 可以 “被卷入”,因此他们的属性甚而在远处被链接。 离子是量子论系统的一定数量不同的类型之一在调查之中环球为使用作为在数量计算机的 qubits。 没有系统将结果是最好的总协定。

在科学描述的 NIST 实验快速在与六个明显的区域的一个陷井暂挂的二个铍离子存储了 qubits。 电场用于从一个区域移动离子到另一个在这个陷井,并且紫外激光脉冲特定频率和期限用于操作离子的能态。 科学家被展示重复了顺序的舍入逻辑操作 (四单一的 qubit 运算和 two-qubit 运算) 在离子并且发现可操作的误差率没有增加,当他们通过串联继续进行,尽管运输在宏观距离 (960 个测微表或者几乎一毫米间的) qubits,当进行运算时。

NIST 研究员应用了二关键创新于数量信息处理。 首先,他们使用了二个合作伙伴镁离子作为 “”为冷却铍离子在运输他们以后,从而允许逻辑操作的冷冻剂继续,不用任何另外的错误由于在运输期间导致的加热。 在离子之间的严格的电力使激光冷却的镁冷静冷却铍离子和从而取消热与他们的行动相关,无需干扰被存储的数量信息。 新的实验是适用此 “有同情心冷却的”第一个为准备成功的 two-qubit 逻辑操作。

另一重大的创新是使用三个不同对在铍离子内的能态暂挂信息在不同的处理步骤期间。 在离子存贮和运输期间,在未由磁场波动修改的离子状态将暂挂的此允许的信息,消灭处理错误的另一个来源。 信息调用了到在铍离子的不同的能级进行逻辑操作或读出的他们的数据值。

NIST 实验从在离子陷井的单独区域暂挂的二 qubits 开始了,因此他们可能单个被操作初始化他们的状态,进行单一的 qubit 逻辑操作,并且读出发生。 离子在 two-qubit 逻辑操作的一个唯一陷井区域然后被结合了和再分隔并且被运输了对随后的单一的 qubit 逻辑操作的不同的陷井地区。 要评估进程的效果,科学家执行这个实验 16 个不同开始的状态中的每一个的 3,150 次。 运算顺序的一种和二种应用的实验结果然后彼此以及与理想的结果比较一个理论模型。

NIST 数量处理器与 94% 一起使用的准确性,平均为在这个实验的所有迭代。 另外,误差率是同样逻辑顺序的二连续的重复中的每一的,显示出,运算从也许被离子传输已经引入的错误被绝缘。 6% 的误差率不是近容错量子计算的专家确定的 0.01% 阈值,家庭附注。 减少误差率是当前 NIST 研究焦点。 在技术编译一台实用的计算机的称的另一议题控制在 NIST 组也继续处理的大,复杂的离子陷井工作。

也有更加世俗的挑战: NIST 科学家顺利地执行逻辑和运输顺序 (总共 25 次逻辑操作的五个回合加上 4 个准备和分析步骤),但是尝试继续到第六舍入失败了用于的常规计算机控制数量处理器的激光和离子。 但是,新的演示移动离子陷井技术显着转接在路径向一个大数量处理器。

一部分支持这个研究由智能提前的研究计划活动。

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried 和 D.J. Wineland。 2009年. 信息处理完全的方法设置为可升级的离子陷井数量。 快速的科学。 张贴的在线 8月 6。

Last Update: 13. January 2012 15:58

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