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美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)物理學(xué)家們傳送了一條計(jì)算機(jī)電路指令，該指令被稱為兩個(gè)分離離子(帶電原子)之間的量子邏輯運(yùn)算,，展示了量子計(jì)算機(jī)程序如何在未來(lái)的大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行任務(wù),。量子隱形傳態(tài)將數(shù)據(jù)從一個(gè)量子系統(tǒng)(比如一個(gè)離子)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)量子系統(tǒng)(比如第二個(gè)離子)，即使這兩個(gè)量子系統(tǒng)彼此完全隔離,，就像兩本書在獨(dú)立建筑的地下室里一樣,。在這種現(xiàn)實(shí)生活中的隱形傳態(tài)中，只有量子信息而不是物質(zhì)被傳輸,。 而不是像《星際迷航》(Star Trek)中那樣,，把整個(gè)人類從一艘宇宙飛船“傳送”到一顆行星,。量子數(shù)據(jù)的隱形傳輸以前已經(jīng)被證明與離子和其他各種量子系統(tǒng)。但是這項(xiàng)新研究是第一個(gè)使用離子傳送完整量子邏輯運(yùn)算的,，離子是未來(lái)量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)的主要候選,，其實(shí)驗(yàn)研究發(fā)表在2019年5月31《科學(xué)》上。NIST物理學(xué)家Dietrich Leibfried說(shuō)：我們驗(yàn)證了邏輯運(yùn)算在兩個(gè)量子比特的所有輸入狀態(tài)下都能工作,，其概率在85%到87%之間,。 如果能造出一臺(tái)全尺寸量子計(jì)算機(jī)，就能解決目前難以解決的某些問(wèn)題,。NIST為利用量子行為開發(fā)實(shí)用技術(shù)的全球研究工作做出了貢獻(xiàn),，包括建造量子計(jì)算機(jī)。要讓量子計(jì)算機(jī)像預(yù)期的那樣運(yùn)行,，可能需要數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的量子比特（量子位）,，以及在分布在大規(guī)模機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)上的量子位之間進(jìn)行操作的方法。邏輯運(yùn)算的隱形傳態(tài)是一種沒(méi)有直接量子力學(xué)連接的方法(仍然需要用于交換經(jīng)典信息的物理連接),。 NIST團(tuán)隊(duì)在位于離子阱不同區(qū)域的兩個(gè)鈹離子量子位元之間傳送了一個(gè)量子控制非(CNOT)邏輯操作（邏輯門）,，距離超過(guò)340微米，這個(gè)距離排除了任何實(shí)質(zhì)性的直接相互作用,。CNOT操作將第二個(gè)量子位從0翻轉(zhuǎn)到1，反之亦然,，只有當(dāng)?shù)谝粋€(gè)量子位為1時(shí),；如果第一個(gè)量子位是0，什么也不會(huì)發(fā)生,。在典型的量子方式中,，兩個(gè)量子位元都可以處于“疊加”狀態(tài)，即它們同時(shí)具有1和0的值,。
NIST隱形傳態(tài)過(guò)程依賴于糾纏，它將粒子的量子特性聯(lián)系在一起,，即使它們是分離的,。一個(gè)“信使”對(duì)糾纏的鎂離子是用來(lái)傳輸信息之間的鈹離子。NIST團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),，遠(yuǎn)程傳輸CNOT過(guò)程使兩個(gè)鎂離子糾纏在一起——這是一個(gè)關(guān)鍵的早期步驟,，成功率為95%，而整個(gè)邏輯操作的成功率為85%到87%,。柵極隱形傳態(tài)允許我們?cè)诳臻g上分離的兩個(gè)離子之間執(zhí)行量子邏輯門,，這兩個(gè)離子以前可能從未相互作用過(guò)。 關(guān)鍵是它們每一個(gè)身邊都有另一對(duì)糾纏對(duì)的一個(gè)離子,，而這種分布在柵極前方的糾纏源,，讓我們可以做一個(gè)沒(méi)有經(jīng)典對(duì)應(yīng)物的量子把戲,。糾纏的信使對(duì)可以在計(jì)算機(jī)的一個(gè)專用部件中產(chǎn)生，并單獨(dú)運(yùn)送到需要與邏輯門連接但位于偏遠(yuǎn)位置的量子位元,。NIST的研究人員還首次集成到一個(gè)單一實(shí)驗(yàn)中,，包括控制不同類型的離子、離子輸運(yùn)和對(duì)系統(tǒng)選定子集的糾纏操作,，這些操作對(duì)于構(gòu)建基于離子的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)必不可少,。 為了驗(yàn)證執(zhí)行了CNOT門，研究人員用16種不同的輸入狀態(tài)組合準(zhǔn)備了第一個(gè)量子位元,，然后測(cè)量了第二個(gè)量子位元的輸出,。這產(chǎn)生了一個(gè)廣義的量子“真值表”，顯示了這個(gè)過(guò)程的工作,。除了生成真值表外,，研究人員還檢查了擴(kuò)展運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的一致性，以幫助確定實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的錯(cuò)誤源,。這一技術(shù)有望成為今后實(shí)驗(yàn)表征量子信息過(guò)程的重要工具,。
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來(lái)自： 博科園 > 《物理學(xué)類》
