世界首台通用编程量子计算机问世

据英国《新科学家》杂志网站11月15日报道,世界首台通用编程量子计算机近日于美国面世,其可在进一步改进后应用于密码破译等方面。相关论文发表在《自然—物理学》(Nature Physics)杂志上。

这一量子计算机由美国国家标准技术研究院研制,可处理两个量子比特的数据。较之传统计算机中的“0”和“1”比特,量子比特能存储更多的信息,因而量子计算机的性能将大大超越传统计算机。

研究人员大卫•汉尼克表示,通用编程量子计算机采用了量子逻辑门技术来处理数据。制造量子逻辑门需设计一系列激光脉冲,以操纵铍离子进行数据处理,再由另一个激光脉冲读取计算结果。一个简单的单量子比特门,可从0转换成1,也可从1转换成0。但与传统计算机的物理逻辑门不同的是,这台设备的量子逻辑门均已编码成激光脉冲。当激光脉冲量子门对量子比特实行简单逻辑操作时,铍离子便会开始旋转,实现对量子比特的存储。

这台量子计算机的核心部件是具金色图样的铝晶片,内含直径约为200微米的电磁圈。科学家将两个镁离子和两个铍离子置于电磁圈中,镁离子可起到“稳定剂”的作用,消除离子链的不必要振动,保持计算机的稳定性。

由于两个量子比特的操作具有多种可能,研究小组随机选取了160种操作方式进行了演示,以验证处理器的通用性。每次操作都用31个不同的量子门击打量子比特,将其编码成激光脉冲。这其中大部分为单量子比特门,脉冲只需要与单一离子进行相互作用。少数的双量子比特门则需要与两个离子同时发生交互作用。而通过对电磁圈旁黄金电极上的电荷进行控制,研究人员能有效增加所需的离子数量。

不过,这一量子计算机仍存在着相当的问题。例如,尽管每个量子门的准确率都在90%以上,而当综合使用时计算机的整体准确率却下降到 79%。这主要是由于激光脉冲的强度不同所造成的,汉内克解释说:“脉冲的波动性可造成这种误差,而光线的散射和反射等,也可能是原因。”

研究小组表示,通过提升激光的稳定性和减少光学设备的误差,可有效提高芯片的运行准确率。在准确率提升至99.99%时,该芯片才能作为量子处理器的主要部件,最终实现通用编程量子计算机的实际应用。(张巍巍 )

(来源:科技日报)