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“量子冰箱”可高效重置量子比特 有助計算過程減少錯誤

5個月前 來源:科技日報 觀看:113

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)與瑞典查爾姆斯理工大學(xué)合作,開發(fā)出一種新型“量子冰箱”,可高效重置量子比特,并利用“冰箱”組件間的熱流作為動力源,保持低溫工作環(huán)境。該成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上,為下一步研制可靠的量子計算機鋪平道路。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

量子計算機的設(shè)計者面臨著一項艱巨的任務(wù):確保超導(dǎo)量子處理器中的量子比特在執(zhí)行計算時沒有錯誤。這些量子比特極易受到熱量和輻射的影響,導(dǎo)致它們狀態(tài)被破壞。比如,輕微的干擾就能讓一個數(shù)字從1變成7。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

為了“擦除”或重置超導(dǎo)量子比特,即把它們恢復(fù)到最低能量狀態(tài),通常需要將它們冷卻至接近絕對零度。傳統(tǒng)上,最佳的重置方式可以達到40—49毫開爾文(mK)的溫度。此次研究團隊實現(xiàn)了更佳成績:將量子比特冷卻至22mK,顯著減少了初始錯誤,為后續(xù)的計算過程節(jié)省了大量糾錯工作量。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

團隊使用了一種稱為“量子制冷”的技術(shù)。該技術(shù)借鑒普通冰箱的工作原理,將熱量從量子比特中吸走,以實現(xiàn)冷卻效果。不同于家用冰箱使用的電力能源,“量子冰箱”是依靠計算機其他部分的熱量來驅(qū)動冷卻過程。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

具體來說,這個“量子冰箱”由兩個額外的量子比特構(gòu)成。其中一個量子比特連接到量子計算機較溫暖的部分,充當(dāng)能量供應(yīng)的角色;另一個則作為散熱器,吸收來自計算量子比特的多余熱量。當(dāng)計算量子比特變得過熱時,第一個量子比特會主動地將熱量轉(zhuǎn)移給散熱器,從而幫助計算量子比特回到接近其基態(tài)的位置,并清除之前的數(shù)據(jù)。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

整個過程是自動化的,幾乎不需要外部干預(yù)或額外資源來維護計算量子比特的功能。這種方法不但減少初期錯誤的發(fā)生幾率,還降低了整體計算過程中錯誤糾正的需求。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

【總編輯圈點】DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

將量子比特重置到正確狀態(tài)的一種方法是冷卻量子比特,接近絕對零度,“擦除”瑕疵。“量子冰箱”的工作原理令人叫絕:用量子計算機其他部分的熱量作為能源,用兩個輔助量子比特,“泵出”計算量子比特中的熱量,從而保持計算環(huán)境接近絕對零度。在量子計算精度提高的同時,這一方法還開辟了一條利用熱量為量子系統(tǒng)作貢獻的新路徑。“量子冰箱”或?qū)⒋蠓嵘孔佑嬎銠C的性能,為復(fù)雜分子模擬等量子計算項目走向?qū)嵱么蛳禄A(chǔ)。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)與瑞典查爾姆斯理工大學(xué)合作,開發(fā)出一種新型“量子冰箱”,可高效重置量子比特,并利用“冰箱”組件間的熱流作為動力源,保持低溫工作環(huán)境。該成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上,為下一步研制可靠的量子計算機鋪平道路。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

量子計算機的設(shè)計者面臨著一項艱巨的任務(wù):確保超導(dǎo)量子處理器中的量子比特在執(zhí)行計算時沒有錯誤。這些量子比特極易受到熱量和輻射的影響,導(dǎo)致它們狀態(tài)被破壞。比如,輕微的干擾就能讓一個數(shù)字從1變成7。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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團隊使用了一種稱為“量子制冷”的技術(shù)。該技術(shù)借鑒普通冰箱的工作原理,將熱量從量子比特中吸走,以實現(xiàn)冷卻效果。不同于家用冰箱使用的電力能源,“量子冰箱”是依靠計算機其他部分的熱量來驅(qū)動冷卻過程。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

具體來說,這個“量子冰箱”由兩個額外的量子比特構(gòu)成。其中一個量子比特連接到量子計算機較溫暖的部分,充當(dāng)能量供應(yīng)的角色;另一個則作為散熱器,吸收來自計算量子比特的多余熱量。當(dāng)計算量子比特變得過熱時,第一個量子比特會主動地將熱量轉(zhuǎn)移給散熱器,從而幫助計算量子比特回到接近其基態(tài)的位置,并清除之前的數(shù)據(jù)。DzB即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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