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混合原子阵列方案有助量子计算机实现类似RAM和CPU的存储计算

研究配图- 1:捕获中性原子的二维双元素阵列(来自:Physical Review X)

当前最被看好的一种结构方法,就是让原子阵列来充当量子比特(每个原子都由激光束固定在适当的位置)。通常情况下,这些阵列中的原子都是相同的元素,是的它们能够纠缠在一起形成一个大群。

研究配图- 2:双元素512位原子阵列

问题在于,这使得在不干扰其邻居的情况下操纵任何单个原子变得相当困难,意味着测量数据可能会破坏整个系统(牵一发而动全身)。

研究配图- 3:Rb和Cs阵列的同质性与加载加载统计信息

好消息是,在近日发表于《物理评论X》刊上的新研究中,芝加哥大学团队就尝试了将两个元素的原子合成一个数组,以便在操纵一种原子的时候不干扰到另一个。

研究配图- 4:连续模式原子阵列

由于每个元素都可独立控制,这项技术还具有一系列优势——比如将其中一种原子当做内存,而另一种又可执行计算任务(类似于RAM和CPU),以及减少量子计算机重置时的停机时间。

研究配图- 5:具有双元素阵列的任意几何形状

首席研究员Hannes Bernien指出:若用单个原子开展相关实验,某些时候会丢失它,导致系统必须经过一番初始化重置。首先制造一个新的冷电子云,然后等待单个原子再次被激光捕获。

研究配图- 6:实验序列

不过得益于这种混合设计,我们可以分别对其进行实验。在操作其中一种元素原子的同时,还可刷新另一种原子——如此交替,便拥有了始终可用的量子比特。

研究配图- 7:示例原子荧光直方图

目前研究团队已经组装出了基于256个铯原子+ 256个铷原子的阵列,使之成为了迄今为止最大的量子比特阵列,远超IBM Eagle处理器的127量子比特。

研究配图- 8:光镊中的原子寿命

不同的是,IBM Eagle量子处理器已投入商用,而芝加哥大学的原子混合阵列量子比特方案仍处于原型阶段。即便如此,研究团队还是宣称新技术有助于构建更大规模、更加稳定的量子计算机。

关键词:科学探索混合原子阵列方案有助量子计算机实现类似RAM和C

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