可擴大量子運算的量子閘
科技產業資訊室 (iKnow) - 黃松勳 發表於 2018年9月20日
圖、可擴大量子運算的量子閘
以色列Weizmann科學研究所的研究人員利用微米級的二氧化矽諧振器使原子與光子的量子位元訊息耦合，達到彼此之間的訊息交換，如同資訊讀寫的邏輯閘，可用於在量子電腦內和量子電腦之間交換量子位元，並成為下一代量子計算系統重要的組成部分。此研究發表於Nature Physics期刊上。
與目前只能存在於兩個狀態之一的電子位元(0或1)相比，量子資訊中的量子位元可以同時處於對應的0和1狀態。這被稱為量子疊加，提供了量子位元於電腦中可以執行大量平行運算。但量子疊加態的狀態不能受到外部世界的觀察或測量的擾動才能存在，否則所有可能的狀態都會崩潰成一個。為了使量子位元一次存在於好幾個狀態，它們需要有很好的隔離，同時還需要與其他量子位元進行交換資訊，這是相當矛盾的要求。這就是為什麼儘管世界上有幾家實驗室和公司已經展示了具有幾十個量子位元的小型量子電腦，但將這些量子電腦擴展到數百萬量子位元的規模，仍然是科學和技術主要的障礙。
一種比較有希望的解決方案，是利用具有小型、可管理的量子位元的隔離模組，可在光學連結之間進行通訊，將儲存在材料中的量子位元資訊，轉移成”飛行量子位元(光子)”，光子可以藉由光纖傳送到遠距離的材料量子位元，傳輸過程中，環境不會干擾到該資訊的性質。光子帶有一個量子位元，原子為第二個量子位元，當光子和原子相遇時，它們會同時自動交換它們之間的量子位元，然後光子繼續利用新的資訊傳遞下去。在量子力學中，資訊是無法被複製或刪除的，這種資訊交換實際上就是讀寫的基本單元，也就是量子通訊的原生交換閘。
這種交換閘，可用於在量子電腦內和量子電腦之間交換量子位元，且不需要外部控制場或管理系統，因此可以建構超大規模集成(VLSI)網絡的量子設備，並成為下一代量子電腦系統的關鍵組成部分。(808字；圖1)
參考資料：
A quantum gate between atoms and photons may help in scaling up quantum computers. Science Daily，2018/9/4
A passive photon–atom qubit swap operation. Nature Physics，2018/8/13
出處：Science Daily
時間：2018/09/04
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