量子计算获得新成果，其中一项可寻找暗物质
发布时间：2023-04-20 10:53:39 所属栏目：外闻 来源：
导读：量子计算机将有一天比经典计算机在某些计算上更为快速,并运用于科学、医学、安全和金融等学科,但首先需要科学家们提高基本科学技术水平。
截止目前，量子系统加速器(QSA)已经在硬件和编程方面取得了重大进展，改进
截止目前，量子系统加速器(QSA)已经在硬件和编程方面取得了重大进展，改进
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量子计算机将有一天比经典计算机在某些计算上更为快速,并运用于科学、医学、安全和金融等学科,但首先需要科学家们提高基本科学技术水平。 截止目前，量子系统加速器(QSA)已经在硬件和编程方面取得了重大进展，改进了量子工具，研究人员希望这些工具能够帮助人类解决一些重大问题。 QSA是美国能源部下属的五个国家量子信息科学研究中心之一，专注于量子计算的三大主要技术:超导电路、复合离子系统和中性原子。 QSA主任、桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)高级经理里克·穆勒(Rick Muller)表示:“我们相信，这三大技术之间存在协同作用，每一项技术都有可能解决不同类型问题的独特能力和应用。”“通过将三者结合在一起，我们可以更容易地发现它们的优势，在技术上应用创新，并设计出一条通往通用量子计算机的道路。” 今年3月，量子系统加速器发布了一份关于该中心自2020年成立以来所取得进展的全面影响报告。以下是QSA科学家和合作伙伴迄今为止取得的五个亮点: 来自哈佛大学和麻省理工学院的QSA研究人员首次使用一种特殊的量子设备观察了几种奇异的物质状态，并在量子水平上研究了磁性。他们的发现有助于解释材料特性的物理学基础，并可用于设计未来的奇异材料。他们的研究是使用类似于量子计算机的“可编程量子模拟器”进行的。哈佛大学的团队使用数百束被称为“光镊子”的激光束构建了模拟器，将256个超冷铷原子排列成量子比特。 从某些方面来看，这使得它成为迄今为止最大的可编程量子处理器。通过将原子移动成正方形、蜂巢和三角形等形状，量子安全局的科学家们操纵了量子比特如何相互作用，并对物质和量子自旋液体的量子相进行了重要的测量。 构建有用的量子计算机的一种方法是将量子比特与超导电路连接起来，这种电路可以在极冷的情况下导电而不损失能量。但每增加一个量子位，设计连接电子设备就变得更加困难。你可以想象一组量子比特像一张纸上的网格一样展开;但是试图从左到右的迂回路径连接到最里面的量子位会导致系统拥挤，从而降低最高阶的量子位或第二层的信号。 为了应对这一挑战，麻省理工学院和麻省理工学院林肯实验室的科学家们正在从商业电子产品中获得灵感，研究具有层的量子比特。这些堆叠的电子芯片重新安排连接，使其垂直连接，就像垂直于我们的网格一样，这是一种“3D集成”。 这一变化允许研究人员潜在地连接、控制和读取更多数量的量子比特，QSA通过和其他伙伴的合作，他们已经构建并测试了一个“两层”量子比特芯片(有两层)，研究人员正在研究进一步的增强版本。这一里程碑是朝着更密集的量子比特迈出的重要一步，量子比特可以执行更复杂的计算。 任何使用电子设备的研究都会受到随机变化或噪音的限制，这些变化或噪音会隐藏研究人员正在搜索的信息。量子系统，例如超冷原子阵列，可以用来进行极其精确的测量，从而更好地从噪声中提取信号。 在科罗拉多大学博尔德分校的领导下，QSA的研究人员用150个铍离子(带电荷的原子)排列在一个平面晶体中构建了一个量子传感器。通过使用纠缠粒子，其中一个粒子的变化会立即影响到另一个粒子，量子传感器测量电场的灵敏度是之前演示的任何原子传感器的10倍以上。这种传感器能够捕捉到令人难以置信的微小变化，这使得它成为一种强大的工具，有可能增强引力波探测器的探测能力，或者寻找一些现代物理学中令人感到最大的谜团之一——神秘的暗物质。 为了改进量子计算机，研究人员需要一种方法来发现和纠正错误，比如量子比特在0和1之间随机翻转。连续量子纠错(CQEC)等方法密切关注量子比特并寻找问题的迹象，但它们也会受到可能隐藏问题的噪声的影响。加州大学伯克利分校的QSA研究人员设计了一种机器学习算法，可以处理CQEC信号，并比目前的实时方法更准确地发现错误。由于新算法灵活，在工作中学习，并且需要少量的计算能力，它可以改进连续纠错系统，并支持更大更稳定的量子计算机。 我们日常使用的计算机使用带有逻辑门的电路(如“与”、“或”和“非”)来执行操作。量子电路也可以使用门作为它们的构建模块，但它们的门不是像晶体管这样的设备，而是由量子位和量子位之间的相互作用组成。虽然一个或两个纠缠量子比特可以用于基本操作，但将许多量子比特连接在一起可以加快计算速度，简化量子电路，并使计算机更强大。 由杜克大学领导的QSA研究人员开发了一种新的一步方法，用多个纠缠量子比特创建这些更多功能的门。他们的技术扩展了量子计算机的逻辑运算，并包括一种特殊的门(称为N-Toffoli门)，专家预测这种门将在量子加法器、乘法器和其他算法中发挥重要作用，包括在密码学中的应用。量子计算机的出现是一个里程碑，它使我们能够开发新的量子技术，并将其应用于各种复杂的问题。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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