太好了！科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)：延長(zhǎng)量子計(jì)算機(jī)中“量子比特”的壽命！

東京醫(yī)科大學(xué)、日本理化學(xué)研究所和東京大學(xué)的一個(gè)研究小組，展示了如何通過(guò)使用額外的“過(guò)濾”量子比特來(lái)延長(zhǎng)量子計(jì)算機(jī)中的量子比特壽命。這項(xiàng)研究可能有助于制造可用于金融、密碼和化學(xué)應(yīng)用的高保真量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)將在從互聯(lián)網(wǎng)安全到藥物開(kāi)發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制0和1不同，量子計(jì)算機(jī)中的量子比特可以采用這兩個(gè)值的任意疊加。

這使得量子計(jì)算機(jī)有可能比目前的經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快地解決某些問(wèn)題，比如破解密碼。然而，在量子比特疊加的壽命和處理速度之間有一個(gè)基本折衷。這是因?yàn)楸仨毿⌒牡仄帘瘟孔颖忍嘏c環(huán)境的相互作用，否則脆弱的疊加將在一個(gè)稱(chēng)為退相干的過(guò)程中迅速恢復(fù)為1或0。為了延緩這種量子保真度的損失，量子計(jì)算機(jī)中的量子比特僅微弱地耦合到施加量子比特控制脈沖的控制線上。

不幸的是，這種弱耦合限制了計(jì)算可以運(yùn)行的速度?，F(xiàn)在，東京醫(yī)科大學(xué)(TMDU)的研究小組，在理論上展示了如何將第二個(gè)“濾波器”量子比特耦合到控制線上，從而大大減少導(dǎo)致消相干的噪聲和自發(fā)輻射損失，這使得連接更加牢固，從而縮短了周期。研究的第一作者小野和樹(shù)(Kazuki Koshino)說(shuō)：在我們的解決方案中，過(guò)濾量子比特就像一面非線性鏡子。

（上圖所示）約瑟夫森量子濾波器原理圖(Jqf)，要保護(hù)的數(shù)據(jù)量子比特(DQ)和JQF直接耦合到半無(wú)限波導(dǎo)，通過(guò)該波導(dǎo)施加用于DQ的控制脈沖。圖片：Tokyo Medical and Dental University

由于破壞性干涉，它完全反射量子比特的輻射，但由于吸收飽和，它會(huì)發(fā)射強(qiáng)烈的控制脈沖。這項(xiàng)研究有助于創(chuàng)造一個(gè)未來(lái)，在這個(gè)未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)可以在每個(gè)商業(yè)和研究實(shí)驗(yàn)室找到。許多運(yùn)籌學(xué)公司希望使用量子計(jì)算機(jī)來(lái)解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的優(yōu)化問(wèn)題，而化學(xué)家則希望用它們來(lái)模擬分子內(nèi)原子的運(yùn)動(dòng)。包括IBM和谷歌在內(nèi)的公司每天都在改進(jìn)量子計(jì)算機(jī)，隨著它們變得更快、更穩(wěn)定。

（上圖所示）連續(xù)施加π脈沖下數(shù)據(jù)量子位激發(fā)概率的時(shí)間演化，紅色實(shí)線(藍(lán)色虛線)顯示了使用(不使用)jqf的結(jié)果。圖片：Tokyo Medical and Dental University

超導(dǎo)量子比特和控制線之間的耦合，不可避免地導(dǎo)致量子比特向控制線的輻射衰變。新研究提出了一種約瑟夫森量子濾波器(JQF)，它在不降低數(shù)據(jù)量子比特(DQ)上的選通速度情況下，保護(hù)數(shù)據(jù)量子比特(DQ)不受通過(guò)控制線輻射衰減的影響。約瑟夫森量子濾波器由一個(gè)強(qiáng)耦合到量子比特的控制線量子比特組成，其工作原理是波導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)設(shè)置的特征的亞輻射效應(yīng)。約瑟夫森量子濾波器是無(wú)源電路元件，因此適用于集成在可擴(kuò)展超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)中。

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博科園｜研究/來(lái)自：東京醫(yī)科大學(xué)

參考期間《應(yīng)用物理評(píng)論》

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.014051

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