近日，美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校宣布與兩家量子公司合作，首次在中性原子（核外電子等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的原子）量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行量子算法，將推動(dòng)量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)是世界上第一個(gè)在可編程門模型(Gate model)冷中性原子量子計(jì)算機(jī)上，演示量子算法的團(tuán)隊(duì)。其中包括美國(guó)冷原子量子技術(shù)公司ColdQuanta和英國(guó)量子計(jì)算軟件開發(fā)商Riverlane。
實(shí)用量子計(jì)算機(jī)可以解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的特定復(fù)雜問題，將有助實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，例如物流、藥物發(fā)現(xiàn)和量子過程的計(jì)算建模。其中，門模型量子計(jì)算機(jī)如果能以長(zhǎng)相干時(shí)間和高保真邏輯實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)行，將有望解決這些問題。
冷原子超精細(xì)量子位由于其相同的特性、較長(zhǎng)的相干時(shí)間，以及可以被困于密集多維陣列中的能力，因此具有可延展性，有利于實(shí)現(xiàn)門模型量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模化。
此次，由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)教授Mark Saffman領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，將6個(gè)具有長(zhǎng)壽命的中性原子糾纏在一起，實(shí)現(xiàn)了多達(dá)6個(gè)量子位的Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)糾纏態(tài)的制備。GHZ態(tài)是由三位物理學(xué)家Daniel Greenberger、Michael Horne、Anton Zeilinger于1989年提出的一種多量子糾纏態(tài)，是現(xiàn)今運(yùn)用在多方量子保密通信中的一種常用糾纏態(tài)。相關(guān)成果近日發(fā)表在《自然》(Nature)。Mark Saffman還擔(dān)任威斯康星量子研究所(Wisconsin quantum Institute)主任、ColdQuanta公司的量子信息首席科學(xué)家。他表示，在目前研發(fā)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽中，有幾種不同的方法正在開發(fā)中。“冷原子量子位是正在積極開發(fā)的五種方法之一，這篇文章首次展示了使用冷原子量子位運(yùn)行量子電路和量子算法的能力。”
前述團(tuán)隊(duì)證明了在冷原子量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行量子算法是可行的。而以往的中性原子量子計(jì)算機(jī)使用的都是壽命較短的原子。“我們的方法好處之一是原子具有壽命較長(zhǎng)的狀態(tài)。”論文主要作者Trent Graham表示，“在這些狀態(tài)下，其相干性可以保持幾毫秒，而在先前演示的狀態(tài)中，其衰減的速度要快三百至四百倍。”他們?cè)诶湓恿孔佑?jì)算機(jī)上成功運(yùn)行了兩種量子算法。第一種是量子相位估計(jì)(QPE)算法，一種在化學(xué)領(lǐng)域中用于測(cè)量原子的分子能量的常見算法。另一種則是MaxCut（最大割問題），在物流部署和模式識(shí)別方面具有應(yīng)用。這些成果突出了冷原子量子位陣列的高度可擴(kuò)展性，可用于通用、可編程的量子計(jì)算，以及量子增強(qiáng)傳感的非經(jīng)典狀態(tài)的制備。
合作是前述團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校團(tuán)隊(duì)構(gòu)想并完成了大部分工作，ColdQuanta公司工程師與威斯康星大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)和研發(fā)了量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，Riverlane公司工作人員則為電路設(shè)計(jì)、優(yōu)化和模擬做出了貢獻(xiàn)。
標(biāo)簽： 中性原子量子計(jì)算機(jī) 量子算法
