往編譯 Quantum 計算機的步驟

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

上升為編譯實用的數量計算機勘察,國家標準技術局的 (NIST) 物理學家展示了在電子被充電的原子 (離子) 的持續的,可靠的信息處理的運算。 新的工作,描述在快速科學的 8月 6日的問題, * 解決在稱的重大的障礙從小的演示的離子誘捕技術到更大的數量處理器。

持續 NIST 的物理學家被展示,信息處理可靠的數量在離子陷井在此照片的左中心,改善為編譯一臺實用的數量計算機勘察。 離子被困住在黑暗的裂縫 (3.5mm 裡面長和寬 200 個的測微表) 在金隱蔽的氧化鋁薄酥餅之間。 通過更改電壓適用於其中每一個金電極,科學家能移動離子在這個陷井的六個區域之間。 赊帳: J. Jost/NIST

在新的演示, NIST 研究員重複執行五次數量邏輯操作和十運輸業務一個聯合的順序,當可靠維護在離子存儲的二進制數據的 0s 和 1s,起數量位 (qubits) 作用時對於一臺假定數量計算機和保留這個能力隨後操作此信息。 以前, NIST 的科學家和在別處無法哄騙所有 qubit 技術到進行數量邏輯操作一個完整集,當運輸信息,沒有降低最新進程時的干擾。

「重大的預付款是我們可以繼續進行計算,儘管我們執行很多 qubit 運輸的情況」, NIST 博士後說第一個作者喬納森家。

NIST 組執行某些在信息處理的數量的最早的實驗和以前展示了為計算需要的許多基本成分與被困住的離子。 新的研究與二個關鍵的解決方法結合早先預付款對以前慢性易損性: 冷卻離子,在運輸,因此他們脆弱的數量屬性可以為隨後的邏輯操作以後使用和存儲數據值在對不需要的改變是有抵抗性由雜散的磁場離子的特殊狀態。

結果, NIST 研究員在一個小規模現在展示了一個大規模基於離子的數量處理器的所有一般被認可的需求。 以前他們可能每次進行所有下列進程一些,但是他們可以一起和重複現在執行所有: (1) 「初始化」 qubits 對這個期望開始的狀態 (0 或 1), (2) 存儲在離子的 qubit 數據, (3) 在這個處理器進行在一兩 qubits 的邏輯操作, (4) 區別地點之間的調用信息,并且 (5) 讀出的 qubit 單個發生 (0 或 1)。

通過對離子的其使用, NIST 實驗陳列數量計算機的,可能理論上解決有些問題當前是難處理的,例如破解今天最用途廣泛的加密編碼的一個可能地強大的設備一有為的結構。 取決於亞微觀數量世界的異常的規律, qubits 可能同時作為 0s 和 1s,不同於普通的數字式存儲單元,在指定時候只表示一個值。 Quantum 計算機從這個情況也派生他們的功率 qubits 可以 「被捲入」,因此他們的屬性甚而在遠處被鏈接。 離子是量子論系統的一定數量不同的類型之一在调查之中環球為使用作為在數量計算機的 qubits。 沒有系統將結果是最好的總協定。

在科學描述的 NIST 實驗快速在與六個明顯的區域的一個陷井暫掛的二個鈹離子存儲了 qubits。 電場用於從一個區域移動離子到另一個在這個陷井,并且紫外激光脈衝特定頻率和期限用於操作離子的能態。 科學家被展示重複了順序的舍入邏輯操作 (四單一的 qubit 運算和 two-qubit 運算) 在離子并且發現可操作的誤差率沒有增加,當他們通過串聯繼續進行,儘管運輸在宏觀距離 (960 個測微表或者幾乎一毫米間的) qubits,當進行運算時。

NIST 研究員應用了二關鍵創新於數量信息處理。 首先,他們使用了二個合作夥伴鎂離子作為 「」為冷卻鈹離子在運輸他們以後,從而允許邏輯操作的冷凍劑繼續,不用任何另外的錯誤由於在運輸期間導致的加熱。 在離子之間的嚴格的電力使激光冷卻的鎂冷靜冷卻鈹離子和從而取消熱與他們的行動相關,无需干擾被存儲的數量信息。 新的實驗是適用此 「有同情心冷卻的」第一个為準備成功的 two-qubit 邏輯操作。

另一重大的創新是使用三個不同對在鈹離子內的能態暫掛信息在不同的處理步驟期間。 在離子存貯和運輸期間,在未由磁場波動修改的離子狀態將暫掛的此允許的信息,消滅處理錯誤的另一個來源。 信息調用了到在鈹離子的不同的能級進行邏輯操作或讀出的他們的數據值。

NIST 實驗從在離子陷井的單獨區域暫掛的二 qubits 開始了,因此他們可能單個被操作初始化他們的狀態,進行單一的 qubit 邏輯操作,并且讀出發生。 離子在 two-qubit 邏輯操作的一個唯一陷井區域然後被結合了和再分隔并且被運輸了對隨後的單一的 qubit 邏輯操作的不同的陷井地區。 要評估進程的效果,科學家執行這個實驗 16 個不同開始的狀態中的每一個的 3,150 次。 運算順序的一種和二種應用的實驗結果然後彼此以及與理想的結果比較一個理論模型。

NIST 數量處理器與 94% 一起使用的準確性,平均為在這個實驗的所有迭代。 另外,誤差率是同樣邏輯順序的二連續的重複中的每一的,顯示出,運算從也許被離子傳輸已经引入的錯誤被绝緣。 6% 的誤差率不是近容錯量子計算的專家確定的 0.01% 閾值,家庭附註。 減少誤差率是當前 NIST 研究焦點。 在技術編譯一臺實用的計算機的稱的另一議題控制在 NIST 組也繼續處理的大,複雜的離子陷井工作。

也有更加世俗的挑戰: NIST 科學家順利地執行邏輯和運輸順序 (總共 25 次邏輯操作的五個回合加上 4 個準備和分析步驟),但是嘗試繼續到第六舍入失敗了用於的常規計算機控制數量處理器的激光和離子。 但是,新的演示移動離子陷井技術顯著轉接在路徑向一個大數量處理器。

一部分支持這個研究由智能提前的研究計劃活動。

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried 和 D.J. Wineland。 2009年. 信息處理完全的方法設置為可升級的離子陷井數量。 快速的科學。 張貼的在線 8月 6。

Last Update: 25. January 2012 00:03

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