建造具有巨大处理能力的超导量子计算机的秘密:光纤

前端 2023-07-05 17:29:38
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修建具备规模性解决工作能力的纳米管量子计算机的密秘可能是一种一般的电信技术--光纤线。英国国家行业标准与技术性研究室(NIST)的科学家早已精确测量并操纵了一个应用光导而不是金属材料电缆线的纳米管量子位(qubit),将一百万个qubit装进量子计算机,而不是仅有好几千个。3月25日出版发行的《自然》杂志期刊对这一演试开展了叙述。

纳米管电源电路是生产制造量子计算机的一项领跑技术性,由于他们是靠谱的,并且非常容易大规模生产。可是这种电源电路务必在超低温下工作中,并且将他们与室内温度电子系统联接的计划方案很繁杂,非常容易使量子比特超温。一台可以处理一切种类难题的通用性量子计算机,预估必须约一百万个量子比特。传统式的超低温箱:含有金属材料路线的低温稀释液电冰箱数最多只有适用数千个。

做为电信网主杆的光纤线,有一个夹层玻璃或塑胶芯,能够带上很多的光信号灯不亮而不传输发热量。但纳米管量子计算机应用微波加热单脉冲来储存和解决信息内容。因而,光必须被精准地变换为微波加热。

为了更好地处理这个问题,NIST的科学研究工作人员将光纤线与别的一些规范部件融合起來,这种部件在单颗粒或光量子的水准上变换、传送和精确测量光,随后能够非常容易地将其变换为微波加热。该系统软件的工作中实际效果与金属材料路线一样好,并维持了量子比特的敏感量子科技情况。

一般 状况下,科学研究工作人员在室内温度下造成微波加热单脉冲,随后根据同轴线金属材料电缆线将他们传送给超低温维持的纳米管量子比特。NIST的新作法应用了一根光纤线而不是金属材料来正确引导光信号灯不亮到超低温光电探测器,该探测仪将数据信号变换回微波加热并将其传送给量子比特。出自于试验较为的目地,微波加热能够根据光量子链接或一般的同轴电缆路被传至量子比特。

光纤线试验中应用的 "transmon"量子比特是一个被称作约瑟夫森结的设备,它被置入到一个三维储能器或内腔中。这一结由2个被导体和绝缘体分隔的超导金属构成。在一些标准下,电流量能够越过该结,并很有可能往返震荡。根据运用一定的微波加热頻率,科学研究工作人员能够在低动能和激起情况(数据测算中的1或0)中间驱动器该量子比特。这种情况是根据库珀对的总数,它是一种具备反过来特性的关联电子对,他们早已 "穿越重生"了约瑟夫森结。

NIST精英团队开展了二种种类的试验,运用光量子连接造成微波加热单脉冲,精确测量或操纵量子比特的量子科技情况。该方式是根据二种关联。微波加热在内腔中当然往返反跳的頻率,称之为固有频率,在于量子比特的情况。而量子比特转换情况的頻率在于内腔中的光量子总数。

科学研究工作人员用一个微波加热产生器逐渐试验。为了更好地操纵量子比特的量子科技情况,被称作电光调制器的设备将微波加热变换为高些的电子光学頻率。这种光信号灯不亮根据光纤线从室内温度到8开尔文(零下269℃或零下452华氏度)流入20毫开尔文(千分之一开尔文),在那里他们掉入快速半导体材料光电探测器,后面一种将光信号灯不亮变换回微波加热,随后被发送至量子科技电源电路。

在这种试验中,科学研究工作人员以量子比特的当然固有频率向其推送数据信号,令其其进到需要的量子科技情况。当有充足的激光器输出功率时,量子比特在其接地装置和激起情况中间震荡。

为了更好地精确测量量子比特的情况,科学研究工作人员应用红外线激光发生器以特殊的输出功率水准发送光,根据解调器、光纤线和光电探测器来精确测量内腔的固有频率。

科学研究工作人员最先在抑止激光器输出功率的状况下运行了量子比特的震荡,随后运用光量子链接向内腔推送一个很弱的微波加热单脉冲。内腔頻率在98%的時间内精确地表明了量子比特的情况,与应用基本同轴电缆路得到的精密度同样。在这个基本上,科学研究工作人员构想了一种量子科技CPU,在其中光纤线中的光向量子比特传送数据信号,每根光纤线都是有工作能力带上不计其数的数据信号出入量子比特。

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