研究人员为新的量子技术创造了一种宇宙纠缠

胥福光
导读量子物理学中的一个关键概念是纠缠,其中两个或更多的量子系统变得如此不可分,以至于无法通过单独观察每个元素来确定它们的集体状态。现在

量子物理学中的一个关键概念是纠缠,其中两个或更多的量子系统变得如此不可分,以至于无法通过单独观察每个元素来确定它们的集体状态。现在,耶鲁大学的研究人员开发了一种“通用纠缠器”,可以根据需要连接各种编码粒子。

这一发现代表了一种强大的新机制,可用于量子计算、密码学和量子通信。这项研究由Robert Schoelkopf的耶鲁实验室领导,发表在《自然》杂志上。

量子计算是通过称为量子位的精细数据位完成的,这些数据位容易出错。科学家表示,为了实现忠实的量子计算,他们需要“逻辑”量子位,其错误可以通过使用量子纠错码来检测和纠正。

耶鲁大学应用物理学和物理学教授、耶鲁量子研究所主任Schoelkopf表示,“我们展示了一种在逻辑编码量子位之间创建门的新方法,这种方法最终可用于纠错。”“这比之前的表演复杂多了。”

纠缠机制被称为指数交换门。在这项研究中,研究人员通过在任何选定的配置或代码中确定性地纠缠编码状态来展示新技术,每个配置或代码都安装在两个独立的3D超导微波腔中。

“这个通用纠缠器对于强大的量子计算是必不可少的,”该研究的第一作者之一伊冯娜高(Yvonne Gao)说。“科学家们发明了大量硬件效率高的量子纠错码——每一种都巧妙地设计出了独具特色的设计,可以用于不同的应用。然而,它们中的每一个都需要与一组新的定制操作相连接,这引入了大量的硬件开销并降低了通用性。”

通用缠结器通过在任何期望的输入状态之间提供一个门来减轻这种限制。“我们现在可以选择我们想要的任何代码,甚至可以在任何时候修改它们,而无需重新连接,”第一作者之一布莱恩莱斯特说。

这一发现只是耶鲁量子研究工作的最新一步。耶鲁大学的科学家处于研制第一批完全有用的量子计算机的前沿,在超导电路的量子计算方面做了开创性的工作。

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