邱震海2024年11月12日发布:物理学家致力于防止量子计算中的信息丢失

基于工程saw -量子位相互作用的开放量子声子。ly3: 自然通讯(2023)。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 39682 - 0

真空中不存在任何东西，但物理学家经常希望情况并非如此。如果科学家研究的系统可以完全与外部世界隔离，事情就会容易得多。

以量子计算为例。这一领域已经吸引了科技投资者和包括IBM、谷歌和微软在内的行业巨头数十亿美元的支持。但是，如果最微小的振动从外部世界悄悄进入，它们就会导致量子系统丢失信息。

例如，即使是光，如果它有足够的能量来摇动量子处理器芯片中的原子，也会导致信息泄露。

“每个人都对建造量子计算机来回答真正困难和重要的问题感到兴奋，”密歇根州立大学的博士生乔·基茨曼(Joe Kitzman)说。“但振动激发真的会搞乱量子处理器。”

但是，根据发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究，基茨曼和他的同事们表明，这些振动不一定是一种障碍。事实上，它们可以使量子技术受益。

“如果我们能够理解振动是如何与我们的系统耦合的，我们就可以利用它作为一种资源和工具来创造和稳定某些类型的量子态，”基茨曼说。

这意味着研究人员可以利用这些结果来帮助减轻量子比特或量子位(发音为“q比特”)丢失的信息。

传统的计算机依赖于清晰的二进制逻辑。比特通过采取两种不同的可能状态之一来编码信息，通常表示为0或1。然而，量子位更加灵活，可以同时存在于0和1的状态中。

虽然这听起来像是作弊，但这完全符合量子力学的规则。尽管如此，在科学、金融和网络安全等各个领域的某些问题上，这一特性应该使量子计算机比传统计算机具有宝贵的优势。

除了对量子技术的影响之外，密歇根州立大学领导的研究小组的报告还有助于为未来更好地探索量子系统的实验奠定基础。

“理想情况下，你想把你的系统从环境中分离出来，但环境总是在那里，”密歇根州立大学物理与天文学系杰瑞·考恩物理学教授约翰内斯·波拉宁说。“它几乎就像你不想处理的垃圾，但当你这样做的时候，你可以学到关于量子世界的各种很酷的东西。”

Pollanen还领导着自然科学学院的混合量子系统实验室，Kitzman是该实验室的成员之一。在Pollanen和Kitzman领导的实验中，研究小组建立了一个由超导量子比特和表面声波谐振器组成的系统。

这些量子比特是开发量子计算机的公司中最受欢迎的品种之一。机械谐振器用于许多现代通信设备，包括手机和车库门打开器，现在，像波拉宁这样的团队正在将它们应用于新兴的量子技术中。

该团队的谐振器使研究人员能够调整量子比特所经历的振动，并了解两者之间的机械相互作用如何影响量子信息的保真度。

“我们正在创建一个范例系统来理解这些信息是如何被打乱的，”Pollanen说。“我们可以控制环境，在这种情况下，可以控制谐振器中的机械振动，以及量子位。”

“如果你能理解这些环境损失是如何影响系统的，你就可以利用它来发挥你的优势，”基茨曼说。“解决问题的第一步是理解问题。”

波拉宁说，密歇根州立大学是仅有的几个装备和人员可以对这些耦合量子比特-机械谐振器设备进行实验的地方之一，研究人员很高兴使用他们的系统进行进一步的探索。该团队还包括来自麻省理工学院和圣路易斯华盛顿大学的科学家。

更多信息:超导量子比特的声子浴工程，《自然通讯》(2023)。J. M. Kitzman等人，超导量子比特的声子浴工程，《自然通讯》(2023)。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 39682 - 0

期刊信息:自然通讯