研究部分:4月26日

光子量子计算机
来自斯坦福大学的研究人员提出一个简单的设计方法光子量子计算机。提出设计用激光操纵单个原子,反过来,可以修改状态的光子通过现象称为“量子隐形传态。“原子可以重置和重用许多量子门,消除了需要建立多个不同的物理盖茨,大大减少建立量子计算机的复杂性。

“通常情况下,如果你想要建立这种类型的量子计算机,你可能需要成千上万的量子发射器,使他们完全无法区分,然后将它们集成到一个巨大的光子电路,”本·巴特利特说,在斯坦福大学应用物理学博士候选人。“而这个设计,我们只需要一些相对简单的组件,和机器的大小不会增加量子程序你想运行的大小。”

的设计只需要几件设备:光纤,光分束器,一双光开关,和一个光学谐振腔。

“我们这里提出的是建立在努力和改善的投资,人们把这些组件,“Shanhui粉丝说,斯坦福大学工程学院的教授。“他们不是专门为量子计算新组件。”

研究人员解释说,设计包含两个主要部分:存储环和一个散射单元。存储环,功能类似于在普通电脑,内存是一种光纤环路持有多个光子环游戒指。类似于在经典计算机存储信息,在此系统中,每个光子代表一个量子比特,或量子位。环游储存环的光子的方向决定了量子位的值,就像一点,可以是0或1。此外,由于光子可以同时存在于两个国家,一个光子可以在两个方向上流动,代表的值是0和1的组合在同一时间。

研究人员可以通过指挥操纵光子从存储环散射单元,在前往一个包含单个原子腔。光子与原子相互作用,导致两个成为纠缠,量子现象,两个粒子在很远甚至可以相互影响。然后,光子返回存储环和一个激光改变原子的状态。因为原子和光子纠缠,操纵原子也会影响其双光子的状态。

“通过测量原子的状态,你可以传送操作到光子,”Bartlett说道。“所以我们只需要一个可控的原子量子位,我们可以使用它作为一个代理来间接操作的所有其他光子量子比特。”

研究人员说,这个系统的优势,是能够运行许多不同的量子程序通过控制原子与光子相互作用的方式。

“对于许多光子量子计算机,盖茨是光子通过物理结构,所以如果你想改变程序的运行,它通常包括身体重新配置硬件,”Bartlett说道。”,而在这种情况下,你不需要改变硬件——你只需要给机器一套不同的指令集。”

减少量子错误
研究人员从加州大学伯克利分校,劳伦斯伯克利国家实验室,麻省理工学院,和Keysight技术发现随机的编译(RC)可以减少错误率在量子算法和导致更精确和稳定的量子计算。

“我们可以执行量子计算在这个嘈杂的中间尺度的量子时代(NISQ)计算,但这些非常吵,从许多不同的来源,容易出错,不要长久由于脱散,信息损失——我们的量子位元,“a Hashim说,劳伦斯伯克利国家实验室的高级研究员量子实验和加州大学的研究生。

研究者指出相干系统的错误和由于不完美的控制量子比特的量子处理器,并且可以增强干涉或狼狈地在量子算法。作为一个结果,它将很难预测最后对算法的性能影响。

随机编译(RC)协议不尝试修复或纠正的错误。相反,RC减轻了问题,随机化的方向一致的错误影响量子位,这样他们表现得好像他们是随机噪声的一种形式。RC实现这一目标通过创建、测量、并结合许多量子电路逻辑等价的结果,因此平均的影响一致的错误可以在任何单一量子电路。

“我们知道,平均而言,随机噪声会持续在同一平均错误率,所以我们可以可靠地预测的结果将平均错误率。随机噪声不会影响我们的系统比平均错误率为连贯的错误——这是不正确的,对算法性能的影响可以数量级比他们的平均错误率建议,”Hashim说。

相干量子算法中的错误可以通过建设性的干扰,建立自己往往比随机噪声的增长速度。然而,RC试验示范表明,相干量子算法中的错误可以控制增长速度慢得多。

“RC gate-based量子计算是一个通用的协议,这是不可知论者具体的误差模型和硬件平台,“Hashim说。“有许多应用程序和类的算法可能会受益于RC。我们的合作研究表明,钢筋混凝土工程改进算法在NISQ时代,,我们预计它将继续是一个有用的协议NISQ之外。重要的是有一个工具箱在AQT成功演示。现在,我们可以将它部署在其他实验用户项目。”

碳化硅量子系统
斯图加特大学的研究人员,加州大学戴维斯林雪平大学,弗劳恩霍夫研究所综合系统和设备技术,Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf,莱布尼茨的表面工程研究制造和集成的方法量子光学系统。

研究量子系统基于硅碳化硅空位中心具有健壮的spin-optical属性。他们制作的纳米光子波导在这些颜色中心使用温和的处理方法,使宿主材料本质上是自由的损害。

“与我们的方法,我们可以证明我们的优秀spin-optical属性颜色中心纳米光子集成维护之后,“Florian凯瑟说,斯图加特大学的助理教授。“谢谢鲁棒性的量子设备,我们获得了足够的空间来执行在多个核自旋量子比特量子门。这些旋转显示很长时间相干性,非常适合实现小量子计算机。”

“在这个项目中,我们探索的三角形光子设备。虽然这几何的商业吸引力,因为它提供了可伸缩的生产所需多才多艺,极少为人所知其效用高性能量子硬件。我们的研究表明,发出的光的颜色中心,整个芯片承载量子信息,可以通过一个光学有效传播模式。这是一个关键的结论的可行性颜色与其他光子中心设备的集成,如nanocavities、光纤和单光子探测器,需要实现全量子网络和计算的功能,“滨Radulaski说,加州大学戴维斯分校的助理教授。

此外,碳化硅CMOS兼容的平台。在未来的工作中,研究者希望实现半导体电路电初始化和读出自旋量子比特的量子态。

“最大化电气控制代替传统的光学通过激光控制系统简化的——是一个重要的一步。高效纳米光子学与电气控制的结合将使我们能够可靠地将更多的量子系统集成在一个芯片,这将导致显著的性能收益,”皇帝说。“在这个意义上,我们只在黎明在碳化硅与颜色的量子技术中心。我们成功的纳米光子集成不仅是一个令人兴奋的推动者分布式量子计算,但它也可以提高紧凑型量子传感器的性能。”