观察到的新形式的量子摩擦

耶鲁大学的物理学家观察了一种新的量子摩擦形式，可以在非线性量子光学和量子信息领域中开辟新的途径，其中多维稳态歧管的系统可以用作纠错逻辑QUBITS。

研究人员已经通过两种相反阶段的两个相干状态跨越的量子歧管进行了实验将谐波振荡器的状态局限于横跨度。特别是，在腐蚀到经典的混合物之前，它们观察到Schrodinger猫状态自发地挤出真空。这是通过设计超导微波谐振器来实现的，其耦合到冷浴以光子对交换为主。研究人员正在建立几十年的研究，实验展示了近30年前的综述过程。

结果出现在杂志上，基于Michel Devoret的实验室，F.W.Peinecke应用物理教授。

量子计算机，一种仍在开发的技术，将依靠量子力学的规律来呈指数级别的速度比古典电脑更快地解决某些问题。它们将在量子系统中存储信息，例如电子的旋转或人造原子的能量水平。这些存储单元称为“QUBits”，这些存储单元是古典“比特”的量子等同物。但是，虽然位可以像0或1这样的状态，但是Qubits可以同时在0和1状态。该属性称为量子叠加;这是一个强大的资源，也很脆弱。确保量子信息的完整性是该领域的主要挑战。

Zaki Leghtas是本文的第一作者和耶鲁博士后研究员，提供了以下隐喻来解释这种新的量子摩擦形式：

想象一下，一座山丘被两个盆地包围。如果将球放在山顶上，它将滚下侧面并在其中一个盆地中定居。当它滚动时，由于球和地面之间的摩擦，它会失去能量，并且减慢。这就是它在盆地底部停止的原因。但摩擦也会导致球留下一条路径。通过查看山的两侧，看到草地扁平的地方扁平扁平，石头被推开，你可以判断球是否滚入右侧或左盆地。

该P描绘了量子颗粒在19微秒的时间内的位置。深色表示在指定位置存在的粒子的高概率。它是量子系统的窗口函数W（⍺）的时间演变的曲线图，黑色对应于1.0，白色至0，蓝色至-0.05。

但是，如果用量子粒子替换球，则遇到问题。量子颗粒可以在许多态中同时存在，因此理论上，粒子可以同时占用两个盆地。但随着颗粒轧制，颗粒与山丘之间的摩擦留下了对环境的影响，这可以测量。在底部停止颗粒的相同摩擦也涉及路径。这会破坏叠加，并迫使颗粒仅存在一个盆中。

此前，研究人员能够利用这种摩擦来捕获特定盆地的量子颗粒。但是现在，Devoret的实验室展示了一种新型的摩擦 - 它在滚动时减慢粒子的摩擦，但不会雕刻一条讲述它正在选择的一方的路径。这允许颗粒同时在左右盆中同时存在。

这些“盆地”各州既稳定稳定。虽然量子粒子可能在盆地中移动，但小扰动不会从盆中踢出。此外，这两个盆地的任何叠加也稳定稳定。这意味着它们可以用作存储量子信息的基础。

从技术上讲，这被称为二维量子稳态歧管。Devoret和Leghtas指出，下一步正在将该二维歧管扩展到四维 - 向景观添加两个盆地。这将允许科学家们冗余编码量子信息并在歧管内进行纠错。纠错是必须开发的关键组件之一，以便制作实用的量子计算机可行。

附加作者是Steven Touzard，Ioan Pop，Angela Kou，Brian Vlastakis，Andrei Petrenko，Katrina Sliwa，Anirudh Narla，Shyam Shankar，Michael Hatridge，Matthew Reagor，Luigi Frunzio，Robert Schoelkopf和Yale Mazear Marrahimi。Mirrahimi还在Institut National De Recherche En Informatique et en Automatique Paris-Rocquencourt预约。

出版物：Z. Leghtas等，“将光线统计到Quantum Hildold，”2015年2月20日的科学：卷。 347号。 6224 PP 853-857; DOI：10.1126 / science.AAA2085

研究报告的PDF副本：通过工程化的双光子损失将光线与量子歧管限制在一起

图像：迈克尔·S·赫尔芬贝因