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科学家使用光子来在Qubits之间的工程互动

时间：2022-02-14 18:25:04 来源：

在量子计算的世界中，互动就是一切。

对于计算机实际上的计算机，位 - 构成数字信息的零和零 - 必须能够交互和切除数据进行处理。Quantum位或Qubits的相同，构成量子计算机。

但是，这种互动会产生一个问题 - 在Qubits彼此交互的任何系统中，它们也倾向于与他们的环境进行交互，导致Qubits快速失去量子性质。

解决问题，研究生艺术和科学博士。学生Ruffin evans转向主要是缺乏相互作用的粒子 - 光子。

在Mikhail Lukin的实验室工作，乔治Vasmer Leverett物理学和Quantum Scients倡议的合作教授，埃文斯是Sysudy的主要作者，在学刊中描述，表明了一种工程方法两者之间的互动方法使用光子的Qubits。

“工程师互动强大的系统并不难，但是强烈的相互作用也可以通过与环境的互动引起噪音和干扰，”埃文斯说。“所以你必须让环境非常干净。这是一个巨大的挑战。我们正在以完全不同的制度运作。我们使用与一切互动薄的光子。“

埃文斯和同事开始通过使用硅空位中心的两种Qubits - 钻石中的原子尺寸杂质 - 并将其放入称为光子晶体腔的纳米级装置内，这表现出两个面对镜。

“光线在单一通行证中与原子相互作用可能非常非常小，但一旦光线反弹约10,000次，它几乎肯定会发生，”他说。“所以其中一个原子可以发出光子，并且它将在这些镜子之间反弹，并且在某些时候，另一个原子将吸收光子。”

不过，转移该光子不只有一种方式。

“Photon实际上在两夸脱之间交换了几次，”埃文斯说。“这就像他们正在玩热马铃薯; Qubits来回传递。“

埃文斯说，虽然Qubits之间创造额外的互动不是新的 - 研究人员已经管理了一些其他系统的壮举 - 有两个因素使新的研究独一无二。

“关键前进是我们在光学频率下使用光子操作，这通常非常弱互动，”他说。“这正是为什么我们使用光纤来传输数据 - 您可以通过长纤维发送光，基本上没有衰减。因此，我们的平台对长距离量子计算或量子网络特别激动。“

尽管系统仅在超低温度下运行，但埃文斯表示，它比需要精心激光冷却系统和光学疏水陷阱的方法保持较大的方法，以保持原子。由于系统以纳米缩放构建，他补充说，它打开了许多设备可以容纳在单个芯片上的可能性。

“尽管之前已经实现了这种交互，但在光学域中的固态系统中尚未实现，”他说。“我们的设备是使用半导体制造技术构建的。很容易想象使用这些工具在单个芯片上扩展到更多的设备。“

埃文斯设想了两个主要的研究方向以供未来的研究。第一个涉及开发在Qubits上施加控制的方法，并构建一套全套量子门，允许它们用作可行的量子计算机。

“另一个方向就是说我们可以已经建立了这些设备，并采取信息，从设备中读出并将其放在光纤中，因此让我们考虑我们如何扩展并实际上构建了人类的真正量子网络 - Spale距离，“他说。“我们正在设想建立实验室或校园之间的设备之间的链接，或者使用我们已经拥有的成分或使用下一代设备实现小型量子网络的设备之间构建联系。”

最终，埃文斯说，这项工作可能对计算的未来产生广泛的影响。

“从量子互联网到量子数据中心的所有内容都需要量子系统之间的光学链接，这是我们的工作非常适合的拼图，”他说。

除埃文斯和林宁除了外，该研究还代表了与Marko Loncar，电气工程局域林教授和宏坤公园，Mark Hyman，JR.化学教授和物理学教授的合作。

“我们觉得这些合作将创造一个新的哈佛量子的科学和工程倡议的骨干，”Lukin说。

出版物：R. E. Evans1，等，“钻石纳米气球的量子发射器之间的光子介导的相互作用，2018年11月9日科学：卷。 362，第6415页，第662-665页; DOI：10.1126 / science.aau4691.

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