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“銻貓”實驗為量子計算糾錯提供新方法

5個月前 來源:科技日報 觀看:124

  科技日報記者 張佳欣3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  澳大利亞新南威爾士大學(xué)工程師成功演示了一個基于量子力學(xué)的“銻貓”實驗,為執(zhí)行量子計算提供了一種全新方法。這種方法更穩(wěn)健,為解決量子計算領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一——糾錯帶來了重要突破。該成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  研究人員解釋說,銻原子就像有7條命的貓。圖片來源:澳大利亞新南威爾士大學(xué)3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  這個思想實驗借鑒了“薛定諤的貓”的概念,即一只生死取決于放射性原子衰變的貓。根據(jù)量子力學(xué)原理,除非直接觀察該原子,否則必須認(rèn)為它處于疊加態(tài),即同時處于衰變和未衰變雙重狀態(tài)。這導(dǎo)致了一個令人困擾的結(jié)論:貓?zhí)幱诩人烙只畹寞B加態(tài)。于是,科學(xué)家用“薛定諤的貓”來比喻相差很大的量子態(tài)的疊加。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  如果用自旋來描述量子比特,則可將“自旋向下”作為“0”態(tài),將“自旋向上”作“1”態(tài)。但是,如果自旋方向突然改變,就會立即遇到邏輯錯誤:“0”變成“1”,或者反之,只是一瞬間的事。這就是為什么量子信息如此脆弱的原因。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  不過,此次實驗對象是銻原子而非貓。研究團(tuán)隊用銻原子的自旋方向來編碼量子信息。銻原子具有8個不同的自旋方向,這使得其量子態(tài)的疊加比傳統(tǒng)量子比特更為復(fù)雜。銻自旋在相反方向上的疊加態(tài)不僅僅是“1”和“0”的疊加,因為疊加態(tài)的兩個分支之間存在多個量子態(tài)。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  這種特性就使得銻自旋方向突然改變時,不會導(dǎo)致邏輯錯誤立即發(fā)生。即使出現(xiàn)單個錯誤,也不會立即擾亂量子信息,這為量子計算提供了更高的容錯性。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  研究領(lǐng)導(dǎo)者、新南威爾士大學(xué)教授安德烈亞·莫雷洛解釋道,俗話說貓有9條命,而在他們的研究中,銻原子就像有7條命的貓,需要連續(xù)出現(xiàn)7個錯誤才會將“0”變成“1”。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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  此外,研究團(tuán)隊還將銻原子嵌入在硅量子芯片中,實現(xiàn)了對量子態(tài)的精確控制。從長遠(yuǎn)來看,該技術(shù)還能使用與制造計算機(jī)芯片類似的方法來擴(kuò)展生產(chǎn)。3sx即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com


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