离子阱技术适用于构建大型量子计算机

时间：2021-07-14 07:52:04 来源：

由一个国际研究人员小组在威尔士斯旺西大学的物理学家领导下进行的一项研究，并发表在《物理评论X》（Physical Review X）杂志上，该研究表明，当今可用的离子阱技术适用于构建大规模量子计算机。科学家介绍了捕获离子量子纠错协议，用于检测和纠正处理错误。

为了发挥其全部潜能，当今的量子计算机原型必须满足特定的标准：首先，它们必须做得更大，这意味着它们需要由数量更多的量子位组成。其次，它们必须能够处理错误。“由于环境噪声和错误导致系统失控，我们仍然无法运行复杂的计算，”因斯布鲁克的量子物理学家Rainer Blatt说。“通过使用量子误差校正，我们可以更好地应对这一挑战。”传统计算机使用类似的方案来检测和纠正数据存储和传输期间的错误：在存储和传输数据之前，通常以检测和纠正错误的附加位的形式将冗余添加到数据中。科学家们已经为量子计算机开发了可比的方案，其中量子信息被编码在多个纠缠的物理量子比特中。威尔士斯旺西大学的MarkusMüller解释说：“在这里，我们利用量子力学性质来进行错误检测和校正。”“如果我们可以将噪声保持在一定阈值以下，那么我们将能够构建量子计算机，通过相应地增加纠缠的量子位数来执行任意复杂度的量子计算。”

在迷宫中捕获离子

MarkusMüller和他的同事Alejandro Bermudez Carballo解释说，为了实现这一目标，必须最佳地利用技术平台的功能。“为了进行有益的纠错，即使在纠错过程中发生其他错误，我们也需要在实际条件下稳定且可靠工作的量子电路，”伯姆德兹解释说。他们介绍了容错协议的新变体，并研究了如何通过量子计算机上当前可用的操作来实现这些变体。研究人员发现，新一代分段离子阱为该工艺提供了理想条件：离子可以快速穿梭在捕集阱阵列的不同部分上。精确定时的过程允许在不同的存储和处理区域中并行操作。通过在阱中使用两种不同类型的离子，科学家可以将一种类型的离子用作数据量子位的载体，而另一种类型的离子可以用于误差测量，噪声抑制和冷却。

新一代量子计算机

基于在苏黎世和悉尼的美因兹因斯布鲁克研究小组的实验经验，研究人员定义了一些标准，这些标准将使科学家们能够确定校正量子误差是否有益。通过使用这些信息，他们可以指导未来离子阱量子计算机的发展，其目标是在不久的将来实现逻辑量子位，该逻辑量子位由于纠错而超出了纯物理量子位的性能。

牛津大学的西蒙·本杰明（Simon Benjamin）的研究小组通过对新的纠错协议进行复杂的数值模拟，证明了如何构建下一代离子阱量子计算机的硬件，以便能够容错地处理信息。“我们的数值结果清楚地表明，最先进的离子阱技术非常适合用作构建大规模容错量子计算机的平台，” Benjamin解释说。

出版物：A. Bermudez等人，“评估被困离子处理器向容错量子计算的进展”，《物理评论》 X，2017年； doi：10.1103 / PhysRevX.7.041061

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