世界首臺通用編程量子計算機(jī)問世

據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站11月15日報道,世界首臺通用編程量子計算機(jī)近日于美國面世,其可在進(jìn)一步改進(jìn)后應(yīng)用于密碼破譯等方面。相關(guān)論文發(fā)表在《自然—物理學(xué)》(Nature Physics)雜志上。

這一量子計算機(jī)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制,可處理兩個量子比特的數(shù)據(jù)。較之傳統(tǒng)計算機(jī)中的“0”和“1”比特,量子比特能存儲更多的信息,因而量子計算機(jī)的性能將大大超越傳統(tǒng)計算機(jī)。

研究人員大衛(wèi)?漢尼克表示,通用編程量子計算機(jī)采用了量子邏輯門技術(shù)來處理數(shù)據(jù)。制造量子邏輯門需設(shè)計一系列激光脈沖,以操縱鈹離子進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,再由另一個激光脈沖讀取計算結(jié)果。一個簡單的單量子比特門,可從0轉(zhuǎn)換成1,也可從1轉(zhuǎn)換成0。但與傳統(tǒng)計算機(jī)的物理邏輯門不同的是,這臺設(shè)備的量子邏輯門均已編碼成激光脈沖。當(dāng)激光脈沖量子門對量子比特實行簡單邏輯操作時,鈹離子便會開始旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)對量子比特的存儲。

這臺量子計算機(jī)的核心部件是具金色圖樣的鋁晶片,內(nèi)含直徑約為200微米的電磁圈?？茖W(xué)家將兩個鎂離子和兩個鈹離子置于電磁圈中,鎂離子可起到“穩(wěn)定劑”的作用,消除離子鏈的不必要振動,保持計算機(jī)的穩(wěn)定性。

由于兩個量子比特的操作具有多種可能,研究小組隨機(jī)選取了160種操作方式進(jìn)行了演示,以驗證處理器的通用性。每次操作都用31個不同的量子門擊打量子比特,將其編碼成激光脈沖。這其中大部分為單量子比特門,脈沖只需要與單一離子進(jìn)行相互作用。少數(shù)的雙量子比特門則需要與兩個離子同時發(fā)生交互作用。而通過對電磁圈旁黃金電極上的電荷進(jìn)行控制,研究人員能有效增加所需的離子數(shù)量。

不過,這一量子計算機(jī)仍存在著相當(dāng)?shù)膯栴}。例如,盡管每個量子門的準(zhǔn)確率都在90%以上,而當(dāng)綜合使用時計算機(jī)的整體準(zhǔn)確率卻下降到 79%。這主要是由于激光脈沖的強(qiáng)度不同所造成的,漢內(nèi)克解釋說:“脈沖的波動性可造成這種誤差,而光線的散射和反射等,也可能是原因。”

研究小組表示,通過提升激光的穩(wěn)定性和減少光學(xué)設(shè)備的誤差,可有效提高芯片的運(yùn)行準(zhǔn)確率。在準(zhǔn)確率提升至99.99%時,該芯片才能作為量子處理器的主要部件,最終實現(xiàn)通用編程量子計算機(jī)的實際應(yīng)用。(張巍巍 )

(來源:科技日報)