第一个通用可编程处理器基于量子比特

物理学家在国家标准与技术研究院(NIST)展示了第一个“通用”可编程量子信息处理器可以运行任何程序所允许的亚微观的量子力学规则使用两个量子位(量子比特)的信息。处理器模块在未来的量子计算机,理论上可以解决一些重要问题棘手的今天。

NIST的演示中,描述的物理本质,*标志着任何研究小组首次超越证明量子处理器,完成个人任务之前在NIST和其他国家——作出执行可编程处理,结合足够的输入和连续运行任何可能的two-qubit程序的步骤。

NIST的团队还分析了量子处理器使用的方法在传统的计算机科学和电子通过创建一个图处理电路和数学确定15个不同的起始值和处理操作序列需要运行一个给定的程序。欧洲杯线上买球“这是第一次有人不止一个量子位的可编程量子处理器,“NIST博士后研究员大卫·Hanneke说这篇论文的第一作者。“这是一个一步做计算的大目标量子位的很多很多。这个想法是你有很多这样的处理器,和你联系在一起。”

NIST处理器存储二进制信息(0和1)在两个铍离子(带电原子),这在一个电磁辐射和紫外激光陷阱和操纵。两个镁离子陷阱帮助冷却铍离子。

NIST的科学家可以操纵每个量子位铍的州,包括将离子的“叠加”1和0值同时,信息处理的一个重要潜在的优势在量子世界。科学家也可以“纠缠”两个量子位,一双量子现象,链接的属性即使离子物理分离。

随着这些功能,NIST的团队160个不同的处理例程执行两个量子位元。虽然有无限可能的two-qubit项目,这组160很大而且多样化足以代表他们,Hanneke说,使处理器“普遍”。Key to the experimental design was use of a random number generator to select the particular routines that would be executed, so all possible programs had an equal chance of selection. This approach was chosen to avoid bias in testing the processor, in the event that some programs ran better or produced more accurate outputs than others.

离子是几个有前途的类型的量子位的量子计算机。如果他们能建成,量子计算机有许多可能的应用,如打破当今最广泛使用的加密代码,比如那些保护电子金融交易。除了可能的量子计算机的使用作为一个模块,新处理器可能用作交互微型模拟器在任何雇佣了两个能级的量子系统,如二级离子量子位系统能量表示为0和1。大型量子模拟器,例如,帮助解释高温超导的神秘,电力传输与零电阻温度可能实际有效的电力存储和分布。

新论文是一样的NIST的研究小组的第三个主要今年发表的论文基于实验的数据捕获离子。他们之前显示出持续的量子信息处理(http://www.nist.gov/public_affairs/releases/ ion_trap_computers080609.html),纠缠在机械系统中类似天天宏观世界(http://www.nist.gov/public_affairs/版本/ jost / jost_060309.html)。NIST的量子计算的研究有助于国家重点领域的发展,如信息安全以及NIST任务在精密测量工作和原子钟。

在最新的NIST在自然物理实验报告,每个程序由31个逻辑操作,15个不同的编程过程。逻辑运算是一个规则指定一个特定操作的一个或两个量子位元。在传统的计算机,这些操作是写入软件执行的代码和硬件。

数学描述的程序没有执行容易计算。相反,他们参与各种single-qubit“旋转”和two-qubit纠葛。作为一个旋转的一个例子,如果一个量子位设想为一个球面上的点为0,在北极南极的1,或在赤道平衡的0和1的叠加,点会旋转到另一个点在球面上,也许从北半球到南半球,这使得更多的1比0。

每个程序操作准确平均有79%的时间在900年,每次运行持续大约37个毫秒。评估处理器和操作质量,国家标准与技术研究院的科学家们的测量输出程序理想化相比,理论结果。160年11日他们还执行额外的测量项目,更充分地重建他们怎么跑,仔细检查输出。

如上所述,许多量子位和逻辑操作需要解决大问题。未来研究的一个重大的挑战将会减少错误,建立在连续操作。计划准确率将需要大幅提高,实现容错计算和减少计算开销”需要纠正错误发生后,根据纸。

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