合肥超导量子计算机,美国研发超导量子计算机所用的变光转换器

美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家开发出第一款为超导电路(联系量子比特和量子总线)设计的的变光转换器&＃xff0c;是未来量子计算机储存和传输信息的关键技术。美国国家标准技术研究院的这款转换器是一种新型的控制设备&＃xff0c;能调整那些量子构件间的交互作用&＃xff0c;从而有可能加速量子计算机的诞生。

如果量子计算机能被成功制造的话&＃xff0c;就可以利用量子力学那些奇怪的规则来解决现在难以处理的某些问题。比如解密如今使用最广泛的数据加密编码&＃xff0c;或者通过量子系统来模拟运算&＃xff0c;解密高温超导体的原理。不像许多类似的系统那样利用个体原子的量子特性来储存和传送信息&＃xff0c;超导量子使用的是震荡电流的“超级流程”&＃xff0c;以微波能量的形式来存储信息。超导量子设备就像今天的硅芯片&＃xff0c;可能大尺寸的还较易实现。

在即将发表的论文中有这样的描述&＃xff0c;美国国家标准技术研究院的这款转换器能在两种类型(量子比特和量子总线)的电路中可靠地调整力与速率的相互作用&＃xff0c;从100兆赫到接近0。好处是使得研究人员能在量子计算机可能的错综复杂的网络中灵活控制许多电路元件间的相互作用。

其它研究小组也论证过2或3种超导量子比特一起作用的转换器&＃xff0c;而美国国家标准技术研究院的转换器是第一个通过在量子比特和共振腔间对个体微波光子控制交换&＃xff0c;产生随时间可预测的量子行为。共振腔就相当于工程师所称呼的“总线”&＃xff0c;是计算机中区域间传输信息的一种渠道。与项目主要负责人&＃xff0c;美国国家标准技术研究院的物理学家Ray Simmonds一同参与实验的剑桥大学研究生Michael (Shane) Allman说&＃xff0c;我们使全部三种不同元素共同作用&＃xff0c;它们紧密连贯在一起减少了能量损失。

这三种元素就是量子比特、转换器和共振腔&＃xff0c;在一个蓝宝石芯片上用铝重叠构建(如图所示)&＃xff0c;转换器是一种射频SQUID(超导量子干涉元件)&＃xff0c;像一个可调变压器一样的磁场传感器。一个电压脉冲产生的电路被认作是在一个量子比特中的一个单位电量&＃xff0c;一个微波光子。通过对SQUID磁场的调整&＃xff0c;科学家能够改变耦合电量或转移量子比特和共振腔间的单体光子的速率。研究者们观察到他们现在可以控制光子在一个速率来回运动。