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美用微波讓兩個離子發(fā)生量子糾纏

美國科學(xué)家用微波替代常用的激光束，讓兩個獨(dú)立的離http://www.hbzhan.com/st42492子（帶電原子）發(fā)生量子糾纏，這表明，智能手機(jī)中采用的微型化商用微波技術(shù)可取代量子計算機(jī)要求的房間大小的“激光器陣列”，這將大大減小量子計算機(jī)的“塊頭”。研究發(fā)表在8月日出版的《自然》雜志上。

量子計算機(jī)主要利用量子物理學(xué)的“奇異”規(guī)則來解決某些問題，量子糾纏對量子計算機(jī)的信息傳輸和糾錯至關(guān)重要。離子可作為量子位（量子計算機(jī)中的zui小信息單位）來存儲信息。盡管包括超導(dǎo)電路（人造原子）等在內(nèi)的量子位的其他“候選者”也能被微波在芯片上操作，但實(shí)驗(yàn)表明，離子量子位的表現(xiàn)更好，因?yàn)楫?dāng)粒子數(shù)量增加時，對離子進(jìn)行控制的度更高且信息損失更少。

量子糾纏是多個粒子聯(lián)動的狀態(tài)，到目前為止制出量子糾纏需要高功率激光等大型裝置。而微波作為無線通訊的載體，同復(fù)雜且昂貴的激光源相比，微波元件更容易擴(kuò)展和升級，以便科學(xué)家制造出利用成千上萬個離子進(jìn)行量子計算和模擬的實(shí)用設(shè)備。

此前，科學(xué)家們已成功使用微波實(shí)現(xiàn)了對單個離子的操控?，F(xiàn)在，國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的科研團(tuán)隊(duì)借用微波讓單個鎂離子的“自旋”發(fā)生旋轉(zhuǎn)并讓一對離子自旋發(fā)生了糾纏。該研究的合作者、NIST的物理學(xué)家迪特里希·萊布弗里得稱，這是一套常見的量子邏輯操作，旋轉(zhuǎn)和糾纏可按順序組合以執(zhí)行量子力學(xué)許可的任何計算。

在實(shí)驗(yàn)中，兩個離子被電磁場“扣住”并在一個由鍍在氮化鋁襯墊物上的金電極組成的離子陷阱芯片上盤旋。有些電極會被激活，在離子周圍制造出頻率介于GHz到2GHz之間、振動的微波輻射脈沖，微波產(chǎn)生了讓離子自旋發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁場。離子自旋能被看作是指向不同方向的細(xì)小條形磁鐵，這些磁鐵的方向是一種量子屬性，可用來表達(dá)信息。

使用微波減少了因激光束指向、能量以及被離子誘導(dǎo)的激光器自發(fā)發(fā)射的不穩(wěn)定所導(dǎo)致的錯誤。然而，科學(xué)家們?nèi)匀恍枰倪M(jìn)微波操作才能使實(shí)際的量子計算或量子模擬成為可能。在實(shí)驗(yàn)中，76%的時間發(fā)生了量子糾纏，超過了定義量子屬性發(fā)生所要求的50%這個zui低值，但仍然無法與由激光器操作離子達(dá)到的zui高值99.3%相抗衡。

萊布弗里得表示：“zui終，一臺中等大小的量子計算機(jī)或許看起來由一部智能手機(jī)與激光筆一樣的設(shè)備結(jié)合在一起形成，復(fù)雜的量子計算機(jī)可能和普通臺式機(jī)一樣大。”