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量子计算新进展MIT联手哈佛用激光束实现单个中性原子的囚禁

文章来源: 博亚体育app入口官网下载发布时间:2022-07-03 00:57
本文摘要:近日MIT哈佛的量子研究团队发明者了一项新技术,用激光束将原子从原子云中一个一个孤立无援出来,而且不带上电荷。目前他们已将建构出有了由50个原子包含的原子阵列,其中的每个原子都能分开掌控。科学家们不会用照相机拍电影下这些被拘禁的原子及其方位的图像,然后基于这些图像,操作者激光束的角度,来移动单个原子构成给定数量的有所不同组态(configurations)。 原子、光子和其他量子粒子天生固执;很少正处于中断状态,同一种量子粒子间经常产生撞击。

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近日MIT哈佛的量子研究团队发明者了一项新技术,用激光束将原子从原子云中一个一个孤立无援出来,而且不带上电荷。目前他们已将建构出有了由50个原子包含的原子阵列,其中的每个原子都能分开掌控。科学家们不会用照相机拍电影下这些被拘禁的原子及其方位的图像,然后基于这些图像,操作者激光束的角度,来移动单个原子构成给定数量的有所不同组态(configurations)。

  原子、光子和其他量子粒子天生固执;很少正处于中断状态,同一种量子粒子间经常产生撞击。如果能把大量量子一个个分开用量子围栏拦阻一起掌控寄居,就可以将它们作为量子比特一种大于的信息单元,其状态和方向能用来展开计算出来,速度要比当下基于半导体的计算机芯片慢上很多。  最近几年,科学家想要了很多方法来把每个量子分开拘禁一起掌控寄居。

但是这类技术很难能拓展,因为缺乏操纵大量原子的可信方法,这是构建量子计算出来的根本性障碍。  现在,来自哈佛和MIT的科学家找到了一种未来将会解决问题这一问题的方法。涉及论文公开发表在近日的Science杂志上,论文中提及他们找到一种新的方法,用于激光器或「光钳」(optical「tweezers」)来将原子一个一个从原子云中挑出来拘禁在某个地方。

当原子被「拘禁」时,科学家们不会用照相机拍电影下这些原子及其方位的图像。然后基于这些原子的图像,操作者激光光束的角度,来移动单个原子构成给定数量的有所不同组态(configurations)。  该研究团队目前已将建构出有了由50个原子包含的原子阵列,并操纵它们转入各种无缺失的形状(pattern),其中的每个原子都能分开掌控。

论文作者之一,MIT物理系的LesterWolfe教授VladanVuletic,将这一过程比喻为「从底部向下创建一个原子的小晶体。」  我们早已展出了一个可反复组态的(reconfigurable)单个原子的陷阱阵列,在这里面我们能清楚地在分离的陷阱中将50个原子分开拘禁,用作未来的量子信息处置、量子仿真或者精确度测量,」Vuletic说道,他也是MIT电子研究实验室的成员。「就样子把原子当乐高积木来玩游戏,你可以要求每块积木的方位。」  维持中性  该研究团队设计的操控中性原子的技术是不带上电荷的。

其他大多数量子实验中的原子总会拿着电荷,或者离子,因为拿着电荷的原子较为更容易被拘禁。科学家还找到特定条件下的离子可被作为量子门两个量子比特之间的逻辑运算,类似于经典的电路中的逻辑门。

然而由于天生带上电荷,离子间互相敌视,很难构成密集的阵列。  与离子有所不同,中性原子之间在紧密性上没问题。用于中性原子作为量子比特的主要障碍是,它们受到的外力十分黯淡,很难被掌控在一个地方。

  另设陷阱  为了拘禁单个的中性原子,研究者们首次用于了一个激光器来将一团铷原子云加热成超冷原子,其温度相似意味著0度,让原子从长时间的高速轨道上慢下来。之后他们让第二个激光光束通过仪器分为很多小的光束,其数量和角度可以通过导流板(deflector)上的无线电频率来掌控。  研究者将这些小光束探讨通过超强冻原子云,并找到每一个光束的聚焦点光束强度最低的点,都更有了一个单个原子,将它们从云中几乎孤立无援出来掌控在某个地方。  「这就样子在某种毛织物上摩擦梳子电荷,然后用它来拾起一小片纸,」Vuletic说道。

「这个过程类似于被更有到光场(lightfield)中高强度区域的原子。」科学家用于电荷耦合器件照相机捕捉的原子虽然被拘禁寄居了,但它们还能闪烁。通过查阅它们的图像,研究者可以分辨出有哪些激光束或者「光钳」掌控寄居了原子,哪些没。然后,他们可以转变每个激光束的无线电频率来「开动」无原子的光束,重新排列那些具有原子的光束,该研究小组最后创立了50个原子的阵列,这些原子被拘禁在某个地方的时间宽约几秒。

  「现在的问题仍然是这次你能继续执行多少次量子运算?」Vuletic说道。「一般来说中性原子的时间刻度(timescale)约是10错综复杂,所以你可以在一秒内做到10万次运算,我指出这是一个很好的结果了。」  现在,该研究团队仍在他们否需要促成中性原子作为量子门两个量子比特之间的最基本的信息处理。

虽然有其他研究者在量子中性原子之间展出了这一过程,但他们还无法在大量原子的系统中保有量子门。如果Vuletic和他的同事能顺利地在他们的50个原子的系统中诱导出有量子门,他们就不会在构建量子计算出来的道路上迈进意义根本性的一步。  「对于除量子计算出来外的其他实验,比如用具备预计数量的原子仿真凝聚态物理。用我们的技术就可以构建,」Vuletic说道这让他十分激动。


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