量子计算已经克服了一个重要的障碍:科学家几乎可以完全控制一些量子信息,从而使他们更接近无错误的计算。
所有数字信息均以称为位的微小数据包。在消费者设备中,位是在两个不同状态之间翻转的大量磁性或电源。但是,由于量子怪异,某些称为量子位或Qubits的微小对象可以同时存在于两个状态。物理学家彼此连接了多个量子位,以共享一个整体“纠缠”状态。使用纠缠,基本量子计算机可以一次运行多次计算,并解决简单的问题,例如将15分解为3和5(SN:3/10/12,p。 26)。由于每个额外的量子都使设备的处理能力加倍,因此未来的量子计算机应比传统机器更快地完成任务。
但是量子计算的缺点是:量子状态很容易粉碎,尤其是随着纠缠量子的数量增加。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的物理学家约翰·马蒂尼斯(John Martinis)将经典的钻头与桌子上放置的硬币进行比较:除非桌子非常坚硬,否则硬币不会翻转。相比之下,量子就像一枚硬币站在边缘一样 - 丝毫摇摆不定。 1990年代的理论家建议,在棋盘上排列的量表可以通过监视和纠正其邻居中的错误来克服这种脆弱性,从而创造公共稳定性。但是,即使在此方案中,在100个改变状态的计算中,至少有99个量子位数也需要正确地出现。否则,错误将在整个网格中乘。尚无包含超过三个量子位的设备可以实现每个量子的99%稳定性阈值。
寻求使Martinis和同事进行这种不可震动的Qubit报告在4月24日自然他们建造了微小的电路,每个电路大约是一粒沙子的大小,从超导铝线和氧化铝的超薄屏障。当冷却至绝对零以上的摄氏30千分之一时,电子来回旋转,或者在电路周围旋转,而不会遇到电阻。可以在此共振中编码信息以进行量子。
Martinis及其同事使用网格计算想法将其五个Qubits排成一列,并将每个Qubits链接到其最近的邻居。然后,研究人员蚀刻了较大的电路,使他们能够用微小的电脉冲改变单个Qubits的状态。使用这些脉冲,科学家发现他们可以在99.9%的时间内控制一个Qubit的状态。对于两个纠缠的Quarbits,忠诚度下降到99.4%,仍然高于99%的阈值。当他们一次纠缠全部五个时,研究人员可以在81.7%的时间内控制Qubits的状态。
加拿大滑铁卢大学的物理学家雷蒙德·拉弗拉姆(Raymond Laflamme)说,在拥有如此多量子位的系统中实现如此精确的控制是“量子信息处理的重要里程碑”。
“这是一个非常壮观的成就,”东京Ochanomizu大学的理论物理学家西蒙·德维特(Simon Devitt)同意。他说,结果为量子计算机提供了清晰的途径:“一旦满足错误校正要求,其余的就是工程。”
耶鲁大学的罗伯特·舒尔科普夫(Robert Schoelkopf)发明了马蒂尼斯(Martinis)团队使用的遗传 - 电子Qubit,他说该团队“取得了重大进步”。但是他说,实用的量子计算机甚至需要稳定器。
编者注:该故事于2014年5月6日更新,以纠正量子电路的大致尺寸,并纠正这些电路被冷却的温度。