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科学家设计原子纠缠方案解决量子存储难题

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来源: 作者: 2019-04-24 00:09:42

两个原子纠缠

新浪科技讯 北京时间1月7日消息,据国外媒体报道,量子系统内部非常脆弱,因为任何一点来自外部世界的细小干扰都会使整个系统状态崩溃。这一特性令量子存储的实现困难重重,因为很难肯定其是不是成功保存输入的信息。为了解决这1困难,科学家们一直在摸索如何实现会纠错的量子存储。如今,英美等国研究人员已初步设计出一套相对简单的方案,可提供量子错误控制:让来自两种不同元素的原子相互纠缠,实现操控一个原子的同时不影响另一个原子。研究人员表示,这个方案不但高效,还能用于打造量子逻辑门,同时证实量子纠缠行动的精确度比经典物理行为高40个标准差。

科学家曾实现过不同类型粒子的纠缠,比如,一个原子与光子纠缠,这样光子就可以将信息传输至别处,这无疑是量子计算机的必须条件。在近期发表的两篇论文中,研究人员尝试纠缠不同类型的原子。如果在比特的存储和备份中使用相同类型的原子,那末总会出现这样一种情况,即存储信息的光子会分散并撞到某个备份。如果使用不同元素的原子,那么它们就会对光的不同波长产生不同发应,因此操控一个原子时不会影响另一个原子。牛津大学实验室的研究人员表示: 这种方法可以保护存储量子位不受影响,即使其它量子位正进行逻辑运算,或被用作其它处理单元的光子接口。

牛津大学研究小组通过使用两个不同的钙同位素进行实验。来自国家标准与技术研究所及华盛顿大学的另一个研究小组则表示,他们使用的是完全不同的两个原子:铍原子和镁原子。钙原子保持状态的时间约为1分钟,而铍原子保持状态的时间为一秒半,在量子位条件下看起来比较稳定。两个研究小组都确切地表示,实验中的原子发生纠缠的可能性极高:一个可能性为。998,另一个为。979。国家标准与技术研究所研究人员乃至表示,可以通过观测镁原子的状态,追踪铍原子的状态变化。

量子系统特性的真正测试触及许多方程,也就是著名的贝尔不等式。在某个临界值以下,经典物理行为可能有数值;而在该临界值以上,则是量子力学有数值。牛津大学研究小组在实验中证实,量子系统比经典物理行为高15个标准差,而国家标准与技术研究所的研究小组的结论为40个标准差。很明显,这些量子系统的确相互纠缠。来自国家标准与技术研究所的研究小组还表示,它们的方案可被用于量子处理,通过排列一系列铍/镁原子对,可以构建两种类型的量子逻辑门:CNOT和SWAP。

当然,需要承认的是,这些实验因其局限性皆难以论证,由于研究人员尚未打造出一个能工作的量子计算机,即使是有效计算都没法进行。他们仅成功地提供了一个量子计算机可能有用的组件。整合这些组件的方式越多,成功研究量子系统的可能性就越大。

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