利用鈣原子中7種離子狀態(tài) 新量子計算機(jī)解鎖更多計算能力

奧地利因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗物理系托馬斯·蒙茲團(tuán)隊成功開發(fā)了一種量子計算機(jī)，可使用所謂的“量子數(shù)字”執(zhí)行任意計算，從而以更少的量子粒子釋放更多的計算能力。該項研究成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。

計算機(jī)使用0和1，也就是二進(jìn)制信息進(jìn)行運(yùn)算。在此基礎(chǔ)上，今天的量子計算機(jī)在設(shè)計時也考慮到了二進(jìn)制信息處理。“然而，量子計算機(jī)的構(gòu)建模塊不僅僅是0和1”，因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗物理學(xué)家馬丁·林保爾解釋道，“將它們限制為二進(jìn)制系統(tǒng)會阻礙這些設(shè)備發(fā)揮其真正潛力。”

盡管以0和1存儲信息并不是最有效的計算方式，但卻是最簡單的方式。簡單通常還意味著可靠且穩(wěn)健，對錯誤具有抵抗性，因此二進(jìn)制信息已成為經(jīng)典計算機(jī)無可挑戰(zhàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

在量子世界中，情況就大不相同了。例如，在因斯布魯克量子計算機(jī)中，信息存儲在單個捕獲的鈣原子中。這些原子中的每一個天然有8種不同的狀態(tài)，通常只有其中兩種用于存儲信息。但事實(shí)上，幾乎所有現(xiàn)有的量子計算機(jī)都可訪問更多的量子狀態(tài)。

因斯布魯克大學(xué)物理學(xué)家開發(fā)的量子計算機(jī)，可使用鈣原子中多達(dá)7種狀態(tài)來充分利用這些原子的潛力。與經(jīng)典案例相反，使用更多狀態(tài)并不會降低計算機(jī)的可靠性。研究人員表示，量子系統(tǒng)自然不只有兩種狀態(tài)，新研究證明了多狀態(tài)同樣可以很好地被控制。

另一方面，許多需要量子計算機(jī)的任務(wù)，例如物理、化學(xué)或材料科學(xué)中的問題，也很自然地用量子數(shù)字語言表達(dá)。為量子位重寫語言，對于今天的量子計算機(jī)來說過于復(fù)雜。林保爾解釋說：“不僅對于量子計算機(jī)，而且對于它的應(yīng)用來說，超越0和1是非常自然的，這使我們能夠釋放量子系統(tǒng)的真正潛力。”

物理學(xué)家們對量子計算機(jī)的期望，就是通過微觀物質(zhì)的一些不可思議特性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超現(xiàn)有計算機(jī)的計算速度。量子計算的法則在其中起著關(guān)鍵作用。如果能讓微觀粒子的潛力，譬如說多狀態(tài)，真正為量子計算機(jī)所用，那將是一個革命性的突破，因為其不僅僅體現(xiàn)為概念上的優(yōu)越性，還能讓所有量子計算的能力躍遷，變得信手拈來。

總編輯圈點(diǎn)：

物理學(xué)家們對量子計算機(jī)的期望，就是通過微觀物質(zhì)的一些不可思議特性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超現(xiàn)有計算機(jī)的計算速度。量子計算的法則在其中起著關(guān)鍵作用。如果能讓微觀粒子的潛力，譬如說多狀態(tài)，真正為量子計算機(jī)所用，那將是一個革命性的突破，因為其不僅僅體現(xiàn)為概念上的優(yōu)越性，還能讓所有量子計算的能力躍遷，變得信手拈來。(科技日報記者 張夢然)

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