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加州理工学院:超导超材料可促进复杂量子系统的进一步研究
文章来源:未知     点击数: 次     更新时间:2018-09-30 09:52

 传统的计算机将澳门威尼斯人平台存储在一个比特中,比特是一个逻辑单元,它可以取0或1。量子计算机依赖于量子比特,这是它们的基本构建块。传统计算机中的比特编码单个值,即0或1。相比之下,量子位的状态可以同时具有0和1的值。这种特殊的性质,是量子物理基本定律的结果,导致了量子系统极具复杂性。


量子计算是一个新兴的、快速发展的领域,它或许可以利用这种复杂性来解决传统计算机难以处理的各种问题。然而,量子计算的一个关键挑战是,它需要使大量的量子位来一起工作,目前来看这还很难实现,因为这要求量子避免与外部环境的相互作用,但这样将剥夺量子位的量子特性。


Oskar Painter实验室,工程与应用科学系应用物理学教授John G Braun及逆行了一项最新研究,探索了超导超材料的应用以克服这一挑战。


超材料是通过比光波长更小的比例组合多种组分材料而特别设计的,从而赋予它们操纵光粒子或光子行为的能力。超材料可用于反射、转动或聚焦光束。超材料也可以产生禁止光子传播的频带,即所谓的“光子带隙”。


加州理工学院的研究小组,利用光子带隙在超导量子电路中捕获了微波光子,为未来量子计算机的建设创造了一项有前途的技术。


“原则上,这是一种灵活可伸缩的衬底,可以在它上面构建用于互连某些类型量子位的复杂电路,”Painter说,他是这项研究的团队领导人,这项研究发表在9月12日的《自然通讯》杂志上。不仅可以进行量子比特之间的连通性的空间安排,而且还可以设计连接只发生在特定的期望频率。


Painter和他的团队创建了一个由超导体薄膜组成的量子电路,这种材料能传输电流,并且在硅微芯片上几乎没有能量损失。这些超导图案将微波从微芯片的一部分传送到另一部分。然而,使系统工作在量子态的是使用所谓的约瑟夫森结,它由夹在两个超导电极之间的原子厚度的非导电层组成。约瑟夫森结产生微波光子源,这个源具有两个截然不同的孤立状态,就像原子的基态和激发电子态,它们参与光的发射,或者是量子计算的语言中一个量子位。


Painter说:“超导量子电路允许人们使用微波电路进行基本的量子电动力学实验,微波电路看起来像是直接从手机上拿出来的。”我们相信,用超导超材料来增强这些电路可能使未来的量子计算技术成为可能,有了这些,人们才得以进一步研究更复杂的量子系统,这些系统超出了我们使用最强大的经典计算机模拟建模的能力。”

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