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专访|量子计算“新势力”?磁斯格明子可作为一个量子比特

2021-8-16 12:00| 发布者: wdb| 查看: 72| 评论: 0|原作者: [db:作者]|来自: [db:来源]

摘要: 专访|量子计算“新势力”?磁斯格明子可作为一个量子比特,更多技术资讯关注我们。
近日,加州理工学院探讨员Christina Psaroudaki和南洋理工大学教授Christos Panagopoulos提议了运用斯格明子作为量子比特的想法,并显示其在实用性和可扩展性方面具备优势。探讨论文于本地时间8月4日发表在《物理点评快报》上,标题为《Skyrmion Qubits: A New Class of Quantum Logic Elements Based on Nanoscale Magnetization》(磁斯格明子量子比特:一类鉴于纳米级磁化的新款量子逻辑元件)。“量子计算有望经过量子力学的内在特性来明显提高计算能力,超过当今的超等计算机。”Psaroudaki在接纳全球新闻(www.89o.cn)记者专访时显示,“量子计算机以量子比特为根基,量子比特由一种物理体系的特殊量子状况显示。与经典比特的0或1不同,量子比特也可行处于所谓叠加态——即同一时间为0和1。为了实现量子计算机,日前正寻觅众多不同的候选者。”论文显示,量子计算的焦点是由原子、离子或电子等十分小的粒子制成的量子比特(qubit)。日前,超导电路是嘈杂的中庸范围量子计算方案的优先者之一,其大小是宏观的,但具备改善的量子特性。虽然超导量子取得了庞大进步,但依然存留重要挑战,特别在操控和可扩展方面。在磁性资料中,当局域原子自旋取向产生偏离时,会发生一个具备涡旋构造的准粒子,称为磁性斯格明子。这类准粒子的性质通常可行用拓扑电荷或许螺旋度来发展刻画。“斯格明子具备1/2自旋,因而可行用作量子比特。源于其具备较没有问题稳固性、可控制性和可测量性,可行用作量子计算的逻辑量子比特。所谓逻辑量子比特,是指能够逻辑上绝对地实现量子比特功效的单元,物理上的偏差、不成功几率等作用较小。”国盾量子的产业行家赵于康向全球新闻(www.89o.cn)记者推荐道。“磁性斯格明子可行十分小,达到纳米级,它是下一代消息存储和逻辑技艺的候选者。磁性斯格明子学是料理经典斯格明子自旋电子学进行的范畴,它已进行成一种庞大而活泼的探讨范畴。”Psaroudaki显示,“咱们的建议的一种要紧特色是,经过应用斯格明子学范畴的常识和最领先进步技艺来提速斯格明子量子比特的进行。斯格明子学的常识和技艺可干脆应用并转嫁到咱们所建议的平台中,并在实用性和可扩展性方面提供优势。”

斯格明子量子比特

Psaroudaki和Panagopoulos提议的这类方案,是应用束缚在磁性纳米盘之间稳固的磁斯格明子来实现量子比特,并应用电场接连不同的磁性纳米盘。经过施加电磁场,可行调控磁斯格明子量子化能谱中分立的能级,从而改变不同能级之中螺旋度,并将这两个能级编码为量子比特的|0>和|1>两种量子态。另外,还可行对电磁场发展调谐来操控量子比特的相关时间。在这类设置方案中,相邻磁纳米盘的量子比特之中还可行相互耦合,从而实现两比特的量子门操作。最终,量子消息的读出操作可行应用高灵敏度的磁力计来达成。一位国家内部量子团队的成员向全球新闻(www.89o.cn)记者详细推荐了该探讨中的磁斯格明子如何用于量子计算,他显示,“这篇文章应用磁斯格明子这类准粒子中,自旋在XY平面内的旋转方位Φ,这一自由度的量子化来发展量子计算。依据参数的不同,分为了两种比特理论设置。”“第一个是应用自旋在Z方向上的分量相关于平衡态的偏离来编码量子比特状况,偏离为0或许1区别代表量子比特的0态或许1态。这类设置相似于超导比特中的电荷量子比特,用岛上的电荷数来编码比特状况。第二种是应用自旋在XY平面内的旋转方位来编码量子比特状况。方向相反的两个方位区别代表量子比特的0态或许1态。这类设置相似与超导比特中的磁通比特,用电流的顺时针流动和逆时针流动来编码量子比特。”该成员显示。Psaroudaki推荐称,源于斯格明子可行经过电场和磁场来操纵,因而若干斯格明子量子比特属性是可配置的且可行改良的。这包括逻辑量子比特状况和量子比特生命,这两者关于实现稳固可靠的量子比特十分要紧,能够执行各式逻辑操作。“咱们的事业表达,斯格明子量子比特作为量子料理器的逻辑素材十分有迷惑力,它正好应对量子比特技艺的要害挑战——操控和可扩展性。”论文显示,可扩展性、微波场的可控性、操作时间尺度和非易失性读出技艺聚在一同,使斯格明子量子比特作为量子料理器的逻辑元件极具迷惑力。日前,Psaroudaki和Panagopoulos曾经寻到了几种候选资料,可供设置人力可调控的磁性斯格明子量子比特。它们估计,随着探讨的发展,未来将涌现更多个资料用以实现这类磁斯格明子量子比特。谈及斯格明子在量子计算范畴的前景和挑战时,Psaroudaki显示,“咱们的事业处于两个不相干的探讨方向——量子比特范畴和斯格明子学范畴的交叉点,前者旨在开发量子计算机,后者旨在设置鉴于磁性斯格明子的未来源旋电子器件。咱们的想法在斯格电子学和纳米磁性范畴导入了一种最新方向,并为量子计算开辟了一条未开发的门径。日前的挑战是实用性,即为特定功效设置架构。”“这篇文章在二维磁性资料上建立量子比特,这在物理上切实很有意义,开创了一个量子计算的新的实现方法。但源于这是一篇相比理论的文章,单比特本身状况,单比特操纵,比特间耦合,比特状况读取的讨论还停留在物理层次上,无到实质设置层次上。”前述国家内部量子计算团队成员显示。赵于康显示,“该论文的事业是实验了单个斯格明子的逻辑门控制能力,是一条新的量子计算可能路线,但距离实现另有差距,例如尚未实现扩展到若干斯格明子的耦合,逻辑量子比特所需的确定性控制和长时间维持能力认证也不充分。”