【計算機體系結構上重新創建量子器件】

江南布衣

【計算機體系結構上重新創建量子器件】

 

 

 

超導電路的量子馮諾依曼架構

在加利福尼亞州的物理學家聲稱要率先實現了量子版的“馮諾依曼”在個人電腦中發現的架構。

 

基於超導電路集成在一個芯片上，新的設備已被用來執行兩個重要的量子計算算法。

 

傳統的馮諾依曼體系結構包括一個中央處理單元（CPU）連接到內存，同時擁有數據和指令。

 

量子計算機，利用純粹的量子現象，如疊加和糾纏，原則上應能夠超越經典計算機在某些任務。

 

然而，建立一個實用的量子計算機仍然是一個挑戰，因為這種系統採用的量子態難以控制，很容易銷毀。

 

在實施的馮諾依曼體系結構，使用超導量子電路，利瑪竇Mariantoni，並在加州大學聖巴巴拉分校的的同事，已經邁出了對工作計算機重要一步。

 

Mariantoni physicsworld.com說，據他所知，他和他的同事們首先要建立這樣一個體系結構的量子版本。

 

結婚的CPU和內存：

該研究小組的量子CPU，或“quCPU”，包括“兩個超導相量子位（量子比特）由超導微波諧振器的數據總線連接。

 

A相量子比特是一個單一的約瑟夫森結，其中包括兩件由一個非常薄的絕緣層隔開的超導材料。

 

的邏輯電平 - 例如0和1 - 定義交界處的電極之間的相位差。

 

每個量子比特是它自己的量子隨機存取存儲器（quRAM）元素，它是由超導諧振器連接到存儲量子信息在被困微波爐和“歸零登記”的形式 - 兩個層次的系統，清除一個量子比特信息。

 

quRAM有效的行為像普通RAM保留的量子性質 - 它存儲的信息 - 如糾纏。

 

巴士的quRAM在固定頻率操作，而一個量子位的變化的工作頻率時，特殊的“Z -脈衝”的適用範圍。

 

當一個quRAM或公共汽車的一個量子比特匹配的頻率，然後量子信息可以兩者之間的交換。

 

量子操作：

執行一個操作，Mariantoni的團隊開始與量子比特的“諧”從其他組件。微波脈衝，然後應用，它與量子信息加載系統，Z -脈衝前應用交換信息。

 

量子操作是由特定的脈衝序列的仔細應用。

 

在一項實驗中，球隊的表現與“量子傅里葉變換”操作進程的保真度為66％。

 

Mariantoni和他的同事在另一項實驗中中，使用該系統，實現與98％的相位保真度的三量子比特Toffoli或相門。

 

這些操作都被視為實用的量子計算機的運作至關重要。

 

Mariantoni說：“這些數字值得是非常令人鼓舞的，的”。

 

“不過，98％以上，甚至更高的數字，需要一個實用的量子計算機的功能。”

 

長期一致性倍：

該系統的另一個重要特點是，量子存儲器可以保留更長的時間比量子比特的量子信息。

 

這種長期的“一致性次”是另一種的量子計算機的實際要求。

 

雖然保真度的量子比特的狀態後跌至約400 ns的20％，高保真的回憶停留在40％以上的至少1.5微秒。

 

該小組目前正在致力於增加量子器件在單個芯片上集成數。

 

據Mariantoni，同時提高集成是相當容易的，這種芯片的經營涉及多量子操作。

 

這意味著，必須提高的各個組成部分的一致性時間。

 

這是一個更大的挑戰。

 

該小組正在尋找如何改善電介質和金屬材料，用於使設備質量。

 

這項工作發表在“科學”。

 

關於作者麥高約翰斯頓是編輯器physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/47071