《探索 | 量子计算可行性研究里程碑:新型物质相可使信息存储时间更长》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2022-07-27
  • 美国物理学家受斐波纳契数列的启发,将这种序列的激光脉冲照射到量子计算机内的原子上,创造出一种前所未见的时间物质相。研究人员在20日的《自然》杂志上发表论文指出,尽管只有一种单一的时间流,但该时段具有两个时间维度的好处,存储在该时段的信息比目前在量子计算机中使用的其他设置更能防止出错。因此,这些信息可在不被篡改的情况下存在很长时间,这是量子计算可行性研究的一个重要里程碑。

    在这台量子计算机中,物理学家创造了一种前所未见的物质相,它的作用就像时间有两个维度一样。与当前方法相比,该时段可以帮助保护量子信息免受破坏的时间要长得多
    该研究的主要作者、美国纽约熨斗研究所计算量子物理中心研究员菲利普•杜米特雷斯库表示,这种方法使用了“额外的”时间维度,“这是一种完全不同的思考物质相的方式”。
    该团队的量子计算机的主力是镱元素的10个原子离子。每个离子都由离子阱产生的电场单独保持和控制,并且可使用激光脉冲进行操作或测量。这些原子离子中的每一个都可作为量子比特。
    物理学家使用“对称性”让量子比特变得更强大,对称性本质上是一种可抵抗变化的性质。一种方法是通过有节奏的激光脉冲轰击原子来增加时间对称性。研究团队的目标不是只有一次对称性,而是通过有序但不重复的激光脉冲来增加两次对称性。
    虽然周期性激光脉冲会交替(A、B、A、B、A、B等),但研究人员基于斐波纳契序列创建了一种准周期激光脉冲方案。在这样的序列中,序列的每个部分是前面两个部分(A、AB、ABA、ABAAB、ABAABABA等)的总和。这种排列,就像时间准晶体一样,是有序的,没有重复,而且是一种被挤压成单一维度的2D图案。这种维度扁平化理论上导致了两个时间对称性,而不是只有一个:系统本质上从一个不存在的额外时间维度获得了额外的对称性。
    研究人员周期性地使用基于斐波纳契数列的序列向计算机的量子比特发出激光脉冲。重点放在10个原子阵容两端的量子比特上,这就是研究人员希望看到的物质的新阶段同时经历两个时间对称性的地方。在周期性测试中,边缘量子比特保持量子状态约1.5秒。在准周期模式下,量子比特在整个实验过程中保持量子状态,大约5.5秒。

相关报告
  • 《极端条件科学的里程碑》

    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2020-09-14
    • 欧洲硬X射线自由电子激光装置(EuXFEL)X射线激光为高压研究开辟了新的视野:国际团队首次使用强激光脉冲在X射线激光中加热和分析了钻石对顶砧中(DAC)的样品。 钻石对顶砧属于高压研究人员使用的标准仪器。其中两个小的超硬钻石对顶砧压缩微小的样本,产生诸如地球内部普遍存在的压力。地球科学家可以模拟地球内部的状况,并获得有关地核和地幔的重要信息。到目前为止,仅在诸如PETRA III之类的存储环上使用了钻石对顶砧,直到最近才把它们放入更强的自由电子激光中。 在EuXFEL的高能量密度(HED)仪器中,研究人员首次使用新的相互作用腔,这是专为在X射线激光下用钻石对顶砧实验设计的。目前,只有EuXFEL能够提供能量足够高的硬X射线,能够轻易穿透钻石对顶砧。真空腔的特点是有一个转轮,可容纳6个DACs进行快速交换,优化光束时间,有两个大面积的探测器用于记录衍射图,以及一个光学系统,用于成像样品和非接触(高温)温度测量。 这个复杂的装置是由德国电子同步加速器研究所开发,它是亥姆霍兹国际极限场束线(HIBEF)联盟的一部分。该联盟在亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫研究中心(HZDR)领导下,将一些研究所联合起来,利用合作伙伴的专业知识和EuXFEL的特性,在极端条件下进行独一无二的实验。 另外,这些实验得益于欧洲X射线激光的快速脉冲速率,它每秒可产生27000次闪光。当第一次X射线闪光加热并熔化钻石对顶砧中被压缩的样品时,随后的闪光可以精确地测量样品中的变化——甚至在样品与钻石对顶砧发生反应之前。这只有在EuXFEL中才有可能实现,只有它可以在短时间内连续提供足够数量的高能量X射线闪光。高光子能量为科学家提供了更多的细节,可以更好地进行样品结构分析。 在EuXFEL第一批钻石对顶砧实验中,最初该团队将重点放在系统研究上,作为未来实验的基础。例如,研究人员用EuXFEL的强烈X射线脉冲测试了钻石对顶砧是否能够承受多次照射,样品是否以及如何被第一个X射线脉冲加热,然后紧接着用另一个脉冲检查,观察到的温度如何依赖于脉冲的时间间隔,以及强烈的X射线闪光是否引发样品与压力传递介质或钻石之间的化学反应。 初步的观测结果为,压力高达一百万大气压的钻石对顶砧确实能够承受EuXFEL光束的多次照射。适当的样品可以被X射线束强烈加热,在某些情况下还会熔化。利用X射线可诱导和观察样品内部的化学反应和相变。为了探索EuXFEL中钻石对顶砧研究的全部潜力,研究人员已经提交了进一步实验的建议。
  • 《从基础研究到产业创新 量子通信产业化迎来里程碑》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-07-13
    • 7月9日,国盾量子正式登陆科创板,对于量子通信技术产业发展及资本化具有里程碑式意义。   “量子通信作为高级别的安全通信手段已成为全球网络信息安全必争战略高地,”国盾量子董事长彭承志在仪式上说,“一旦获得产业化突破,我国将迎来广阔的市场空间,并率先确认占位优势与规模优势。”   自主知识产权的高科技名片   量子通信成为全球信息安全产业发展的重心。2017年起,美国已经将量子密钥分发相关的关键技术、产品和器件列入出口管制范围,国盾量子通过自主、合作研发,一些“卡脖子”的关键元器件核心零部件上打破了国外垄断。   今年6月,长三角一体化发展重大合作事项签约仪式举行,活动就共建长三角一体化量子通信干线网络、培育和发展量子通信战略性新兴产业达成共识,被各地纳入“新基建”范畴。   国盾量子的技术起源于以潘建伟院士领衔的中国科学技术大学量子信息研究团队,主要从事量子保密通信网络建设,以及政务、金融、电力、国防等行业应用。2017年9月,国盾量子联合中国电信、烽火科技等,发布全球首个大容量商用化超长距量子共纤传输成果,实现了让量子保密通信网络与现网宽带光通信技术无缝融合。   记者了解到,我国目前已形成了从元器件及核心设备到传输干线和系统平台,再到终端产品及应用领域的上中下游的紧密协同,覆盖了以国盾量子、国科量子、中国电信、神州信息等为代表的企业主体,市场引领不断增强。   商业化仍处于推广阶段   量子保密通信在新型协议、新型器件的研究方兴未艾,在小型化、专用芯片以及更远通信距离等方面持续取得突破。   有关专家表示,应用领域是量子通信产业化的关键,其核心在于打通产业链,以不断完善的基础设施与技术储备,为量子通信在金融、政务、军事、电力等领域的应用奠定基础,通过融合创新实现应用场景拓展。   “量子通信有很高的技术壁垒,要求企业具备较强的技术实力、丰富的技术研发资源形成了自身核心技术和市场竞争力。”也因此,彭承志坦言,客户对传统密码消费习惯难以在短期内改变,产品价格相对较高,民商用领域对价格敏感。只有进一步开发更经济、更便于终端接入的硬件产品和兼容开放的应用软件产品,才可能满足大规模产业化的软硬件条件。   国际竞争中国暂时领跑   2016年以来,全球大规模量子保密通信网络及应用加速发展,欧盟、美俄等国迅速启动了相关工程。目前,商业化正在加速推进。现阶段,全球主要发达国家和地区以标准制定促进量子信息技术的成果转化和产业化,抢占话语权。   在量子通信国际标准的制定上,中国也在扮演着越来越重要的角色。   “截至2020年6月,国盾量子正牵头或参与29项国际标准、国家标准、密码行业标准、通信行业标准的制定工作。”其中,国盾量子牵头了第一个ISO国际量子密钥分发标准的制定。2019年9月,国盾量子牵头共同发起设立了全球第一个涵盖了量子计算、量子通信、量子精密测量、量子信息网络等量子信息技术多个领域的国际标准研究小组。   在国家政策的支持下,近年来我国技术团队按照“三步走”的策略:从建成全球首个规模化量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网”,到世界首条量子保密通信骨干线路——“京沪干线”正式开通,再到世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”完成三大科学实验任务、建立人类历史上首次洲际量子保密通信,我国实现了“三步走”战略的一路领跑,标志着我国量子保密通信产业化技术储备基本完成,并初步形成了一条探索型产业链。