【鈣離子模擬量子世界】

江南布衣

【鈣離子模擬量子世界】

 

 

 

六量子位的量子模擬器

已建成第一個數字“量子模擬器”基於囚禁離子在奧地利的物理學家。

 

在因斯布魯克大學，本Lanyon和他的同事們開發的系統，包括使用的激光脈衝序列被操縱的鈣離子被困。

 

該小組已使用該系統來模擬幾個多粒子系統的時間演化。

 

一個量子模擬器使用一個量子系統模擬的另一行為，較少使用的系統。

 

例如，通過精心操作的激光和磁場捕獲超冷原子系綜，研究人員可以控制原子間的相互作用，因此，模擬發生在固體中的電子之間的相互作用。

 

但是，與在固體中的電子，這些相互作用的強度，可以方便地調整，使物理學家測試凝聚態物理理論。

 

模擬到數字：

大多數量子模擬器“模擬”在這個意義上，被困原子之間的相互作用類似於電子之間的直接。

 

相比之下，數字量子模擬器，包含相互作用的量子粒子作為量子位（量子比特）和可用於創建量子邏輯門的合奏。

 

量子系統進行模擬，然後編碼成系統和電子的行為進行了量子計算的決定。

 

數字仿真與模擬仿真器，它針對特定的系統，可用於研究量子系統的廣泛。

 

此外，數字仿真器可以從中受益的糾錯方案，這意味著，物理學家可以在他們的結果更有信心。

 

但是，雖然研究人員已經取得了一些成功創建數字使用核磁共振（NMR）技術，這些工作只有兩個或三個量子比特的量子模擬器，它已被證明難以擴展到40個左右的量子比特，需要做一個有用的量子模擬。

 

新被困離子的量子模擬器創建 Lanyon和他的同事們表示，應該在原則上，更容易規模這樣做有益的模擬系統。

 

伸縮自如。

該小組的實驗開始與少量的鈣離子（最多六個），排成一排在電磁陷阱。

 

每個離子可以存在於兩個電子態 - “0”和“1” - 因此可以作為一個量子比特。

 

個別離子之間的相互作用可以控制射擊精心挑選的激光脈衝，在被困的離子。

 

計算開始把一個特定的量子態的離子。

 

涉及四個離子的實驗，例如，每個量子比特的值“1”。

 

一系列的激光脈衝，然後發射離子，從而導致他們的互動與彼此建立一個邏輯門的序列過程中的量子信息在初始狀態中舉行。

 

正是這種序列，模擬一個真實的（或想像）的量子系統發生的相互作用。

 

在這個特殊的例子，量子比特是用來模擬四個自旋1 / 2粒子在每個粒子的自旋可以與其他三個顆粒。

 

近似解Lanyon和他的同事們有興趣在計算自旋的時間演化，特別是很難做到用傳統計算機。

 

要做到這一點，球隊在他們的系統實施的“豬蹄逼近”。

 

這是通過發射一系列脈衝，超過一定的時間內模擬系統演化的量子位的值被讀出之前。

 

然後，系統復位和相同的模擬反复多次獲得量子比特的平均值 - 這是問題的一個近似解模擬。

 

然後重複整個過程，以模擬不同的時間段，建立一個自旋的時間演化圖。

 

時間演化模擬進行了多達六個被困離子量子比特，涉案金額高達100量子門。

 

邁向量子化學。

“六量子比特和量子模擬100門是一個壯舉，鋪平了道路，更加複雜和豐富的數字在未來的量子模擬的方式。”在美國哈佛大學的艾倫 Aspuru - Guzik說。

 

“本Lanyon和他的同事卻是實現量子模擬的最重要組成部分，就是我們所說的一個”豬蹄一步，在一個通用的或普遍意義，這是做確切所需的重要基石之一。

 

量子化學，量子計算機，當他們變得足夠強大。

 

Lanyon physicsworld.com告訴他的團隊的下一個挑戰是執行10個或更多的離子模擬 。

 

建立這樣一個系統是沒有問題的-團隊已經被困和多達14離子糾纏。

 

然而，執行操作的大量離子量子比特往往是棘手的，因為隨著時間的推移失去其量子性質，因為它們與周圍環境互動。

 

這項工作是描述在科學10.1126/science.1208001

 

關於作者麥高約翰斯頓是編輯器physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/47101