钻石内的量子计算机

2013-09-12 08:29:04来源: 互联网

科学家制成钻石内量子计算机,首次加入防止“去相干”机制,利用微波脉冲不断切换电子自旋方向。

  

 

  科学家们在钻石内制成一种量子计算机,这是一个首创。图像中的芯片尺寸是3mm×3mm,而在中心的钻石是1mm × 1毫米。

  钻石恒久远,或者,至少,钻石的量子计算效果是这样。南加州大学(USC)的科学家组成的研究小组,制成一种钻石内的量子计算机,这是一个首创,可以防止“去相干”(decoherence),去相干是一种噪音,会妨碍计算机正常运行。

  演示表明,这种可行的固态量子计算机,不像早期的气态和液态系统,代表着量子计算的未来,因为它们很容易增加尺寸。目前的量子计算机通常是非常小的,虽然令人印象深刻,但是,还不能匹敌更大的传统计算机的速度。

  这一跨国研究小组包括南加州大学教授丹尼尔•莱达(Daniel Lidar)及南加州大学博士后研究员王志辉(Zhihui Wang),还有一些研究人员来自荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology),美国爱荷华州立大学(Iowa State University)和加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)。他们的研究成果发表在4月5日在《自然》杂志上,题为《去相干保护量子门用于混合固态自旋寄存器》(Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register)。

  这一研究小组的钻石量子计算机系统,具有两个量子位(称为“量子比特”),采用的是亚原子粒子。

  相对的传统计算机的比特,可以明确地编码为1或0,量子比特可以在同一时间编码为1和0。这一属性称为叠加,而且,量子态可以“隧穿”能障(energy barriers),因此,有朝一日会使量子计算机进行优化计算,速度远远超过传统电脑。

  就像所有的钻石一样,研究人员使用的钻石也有杂质,就是碳以外的东西。钻石中的杂质越多,制成首饰的吸引力就越小,因为它会使晶体外观不亮泽。

  然而,这个研究小组就是利用这些杂质本身。

  杂质氮核会成为第一个比特。在第二个缺陷中,有一个电子,成为第二个量子比特。更准确地说,是每个亚原子粒子的“自旋”被用作量子比特。

  电子比原子核小,运算速度更快,但也更不稳定,会更迅速地“去相干”。量子比特采用原子核,体积更大,更加稳定,但速度慢。

  “原子核有很长的退相干时间,达数毫秒。你可以认为这非常缓慢,”莱达说,他兼职于南加州大学维特比工程学院(USC Viterbi School of Engineering)和南加州大学东塞夫文学、艺术和科学学院(USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences)。

  

 

  量子门运行在去相干环境

  虽然固态计算系统之前已经存在,但是这是首次加入去相干保护,利用微波脉冲不断切换电子自旋方向。

  莱达说,“这有点像时间旅行,”因为切换旋转方向,会在时间上反转矛盾的运动,量子比特会恢复初始位置。

  研究小组可以证明,他们的钻石封装系统确实能以量子方式运行,但要看它如何密切地符合“格罗夫算法”(Grover's algorithm)。

  这种算法不是新的,是洛夫•格罗弗(Lov Grover)1996年在贝尔实验室(Bell Labs)发明的,但它显示了量子计算的未来。

  测试是搜索无序数据库,类似于要求在电话簿中搜索名称,但要求你已经只知道电话号码。

  有时,第一次尝试你就会奇迹般地找到它,有时,你可能要翻遍整本书,才能找到它。如果你做了无数次的搜索,平均来说,你要找到名称,需要搜寻电话簿的一半。

  在数学上,这可以表示为,你找到正确的选择,需要进行X / 2次尝试,X是你需要搜索的总的选择数量。因此,总共有四个选择,你找到正确选择,平均需要尝试两个。

  量子计算机使用叠加属性,可以找到正确的选择,而且更迅速。它背后的数学很复杂,但在实际应用中,量子计算机搜索无序列表中的四个选择,第一次尝试就会找到正确的选择,每次都是这样。

  虽然并不完美,但是,这种新的计算机在95%的时间,第一次尝试就可找到正确选择,这足以证明,它是以量子方式运作。

关键字:钻石内  量子  计算机

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0912/article_19275.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
钻石内
量子
计算机

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved