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來源：觀察者網(wǎng) 就在成功發(fā)射世界首顆量子通信衛(wèi)星之后，中國在量子應(yīng)用的另一個重要領(lǐng)域量子計算，也取得了開拓性進(jìn)展。近日，我國科學(xué)家在國際上首次制備并測量了約600對呈現(xiàn)糾纏狀態(tài)的量子，使得人類調(diào)控量子的能力獲得巨大提高，為實(shí)用的量子計算機(jī)奠定基礎(chǔ)。 
圖為科研人員在實(shí)驗(yàn)室超冷原子平臺工作 據(jù)科技日報8月20日報道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士及其同事在國際上首次實(shí)現(xiàn)對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測，向基于超冷原子的可擴(kuò)展量子計算和量子模擬邁出了重要一步。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》日前以研究長文的形式報道了這項(xiàng)重要研究成果。 量子計算的速度可以是目前計算速度的萬倍、億倍。據(jù)光明日報介紹，量子計算機(jī)用量子比特作為運(yùn)算單元，具有天然的并行計算能力。同時由于量子操作的可逆性，可以大大降低能耗。一個經(jīng)典比特只存在0或1兩種狀態(tài)，而一個量子比特不僅可以處于0，1兩種狀態(tài)，還可以處于0和1的疊加態(tài)。因此，N個量子比特的存儲能力是N個經(jīng)典比特的2的N次方倍，隨N指數(shù)增長。250個量子比特的存儲器就能夠同時存儲比宇宙中的原子數(shù)目還要多的數(shù)據(jù)。對N個量子比特實(shí)行一次操作，其效果相當(dāng)于對經(jīng)典存儲器進(jìn)行2N次操作，這就是量子計算機(jī)的巨大并行運(yùn)算能力。 但是量子計算需要利用大量互相糾纏的量子才能實(shí)現(xiàn)。量子糾纏是量子的重要物理特征，呈現(xiàn)糾纏狀態(tài)的一對量子就像一對雙胞胎一樣，或者是一對相互吸引的磁鐵，即使在超遠(yuǎn)距離仍然可以保持類似心靈感應(yīng)的聯(lián)系。被認(rèn)為是未來推動高速信息處理的顛覆性技術(shù)的量子計算，正需要利用這種量子糾纏狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。不過，如何產(chǎn)生并測量成百上千甚至更大數(shù)量的量子的糾纏態(tài)，一直是研究的難題。 據(jù)科技日報報道，近十幾年來，已有很多實(shí)驗(yàn)演示了操控多個量子比特進(jìn)行信息處理的可行性。但迄今這些實(shí)驗(yàn)中所能操控的糾纏態(tài)的比特數(shù)僅在十個左右，而未來實(shí)用化的量子計算體系需要同時操控幾十乃至上百個量子比特。 隨著近年來超冷原子量子調(diào)控技術(shù)的發(fā)展，囚禁在光晶格中的超冷原子成為解決這個關(guān)鍵問題的理想體系之一。 中科大研究團(tuán)隊與德國海德堡大學(xué)合作，首先把超冷銣原子的玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)裝載到三維光晶格中的一層，進(jìn)一步蒸發(fā)冷卻原子到低于10納開（比零下273.15攝氏度高1億分之一攝氏度）的超低溫，并實(shí)現(xiàn)了這層二維晶格中的超流態(tài)到莫特絕緣態(tài)的量子相變，從而獲得了每個格點(diǎn)上只有一個原子的人工晶體。 他們創(chuàng)造性地開發(fā)出具有自旋依賴特性的超晶格系統(tǒng)，形成了一系列并行的原子對，并且在原子對所在的格點(diǎn)間用光場產(chǎn)生有效磁場梯度，結(jié)合微波場，實(shí)現(xiàn)了對超晶格中左右格點(diǎn)及兩種原子自旋等自由度的高保真度量子調(diào)控。他們還開發(fā)了光學(xué)分辨約為1微米的超冷原子顯微鏡，對這層晶格中的原子進(jìn)行高分辨原位成像。 通過以上關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突破，光晶格中超冷原子量子調(diào)控能力獲得大幅提升，研究團(tuán)隊首次在光晶格中并行制備并測控了約600對超冷原子比特糾纏對，邁出了面向可升級量子計算的重要一步。 |
