量子位控制新法可推进量子计算机发展

深蓝色的畅想

为了达到量子计算机能够满足其预期性能潜力的程度，需要开发大规模的量子处理器和存储器。要做到这一点，精确控制量子位至关重要，但控制量子位的方法对于高精度的大规模高密度布线来说存在局限性。日本横滨国立大学研究人员找到了一种可精确控制量子比特方法。这一进展是朝着更大规模量子计算迈出的一步。研究结果发表在26日的《自然·光子学》杂志上。

横滨国立大学工程学研究生院科学家表示：微波通常用于单独的量子控制，但需要单独布线微波线路。此外，有可能在本地操纵量子位，但不能精确地利用光。

团队利用钻石中的氮原子空缺中心，通过微波操纵以及原子和分子跃迁频率的局部光学移动相结合的方式来操纵电子自旋，从而展示了对量子位的控制。这一过程被称为斯塔克偏移。换句话说，他们能够将依赖激光的光学方法与微波相结合，从而克服之前的限制。

研究人员证明，这种对电子自旋的控制反过来可控制氮空缺中心的氮原子的核自旋，以及电子和核自旋之间的相互作用。

光和微波的同时照射可在没有单独布线的情况下单独、精确地控制量子比特。团队表示，这为实现大规模量子处理器和存储器铺平了道路，对于大规模量子计算机的发展至关重要。

此外，研究还实现了在电子自旋和核自旋之间产生量子纠缠。这允许量子位与光子之间的连接，需要的计算能力更少，并通过量子隐形传态原理将信息传输到量子处理器和量子存储器。

新方法满足所有迪文森佐标准，这是量子计算机运行所需的标准，包括可扩展性、初始化、测量、通用门和长相干性。它还可应用于斯塔克偏移之外的其他磁场方案，在这些方案中可单独操作量子位，并且它可防止常见类型的计算错误，如门错误或环境噪声。

研究人员说，通过进一步提高单个量子操作和纠缠操作的分辨率，可实现大规模集成的钻石量子计算机、量子存储和量子传感器。它还将提高用于长途量子通信和分布式量子计算机网络或量子互联网的量子中继网的数据传输能力。