İlerleme | Süper iletken kuantum hesaplama ve kuantum simülasyonu işbirliğine dayalı araştırmada bir dizi ilerleme
Kuantum hesaplama, yeni nesil bilgi teknolojisinin anahtarıdır ve aynı zamanda fiziğin güncel sınır araştırmalarında da önemli bir bilimsel konudur. Kuantum hesaplamayı gerçekleştirmek için pek çok şema vardır.Bunlar arasında, süper iletken kuantum hesaplama, uzun tutarlılık süresi, iyi ölçeklenebilirliği ve hassas kontrol ölçümü nedeniyle en umut verici genel amaçlı kuantum bilgisayar uygulama şemalarından biridir. Bu sadece bilimsel araştırmanın ana yönü değil, aynı zamanda Google, IBM ve Intel gibi uluslararası yüksek teknoloji şirketlerinin derinlemesine müdahalesi, sermayesi ve yetenek girdisidir. Son zamanlarda, bu şirketler düzinelerce fiziksel bit içeren süper iletken kuantum çipleri hazırladıklarını ve şu anda bunları test ettiklerini duyurdular.
Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi, süperiletken kuantum hesaplama teknolojisinin erken gelişimine katıldı. On yıldan fazla araştırma biriktirdi ve süperiletken kübit cihazlarının hazırlanmasının ve kuantum durumunun ilk yerel gerçekleştirimi oldu. Tutarlı evrim deneyinin birimi. Son yıllarda, Zheng Dongning araştırma grubu ve Fizik Enstitüsü'nün Lu Li araştırma grubu, Zhejiang Üniversitesi'nin Wang Haohua araştırma grubu ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nin Zhu Xiaobo araştırma grubu (2016'nın başlarında Fizik Enstitüsü'nden Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ne transfer edildi) gibi kardeş birimlerin araştırma ekipleriyle yakın bir şekilde çalıştı. Mikro-nano işleme platformu ve diğer ilgili koşullar, 5 kübit (Şekil 1), 6 kübit (Şekil 2), 9 kübit ve 10 kübit (Şekil 3) uzun eş evreli süreye sahip art arda Xmon tipi çok bitli örnekler hazırladı. . Buna ek olarak, aynı zamanda, kübitlerin ölçümünü tek fotona yakın bir seviyeye kadar geliştiren ve çoklu kuantum durumlarının yüksek seviyeli hızlı ölçümünün temelini atan geniş bir bant genişliği ve yüksek dinamik aralık Josephson parametrik amplifikatörü ilk yurt içinde hazırlayan şirkettir. Süperiletken Laboratuarının SC5 grubundan Dr. Deng Hui ve PhD öğrencisi Huang Keqiang, cihazın gerçek hazırlığını tamamladı.
İyi performansa sahip çok bitli süper iletken kuantum yongalarının geliştirilmesine dayanarak, Fizik Enstitüsü'nün ilgili araştırma grubu, Zhejiang Üniversitesi'nden Wang Haohua araştırma grubu ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Zhu Xiaobo araştırma grubu ile sırasıyla süper iletken kuantum hesaplama ve kuantum simülasyonunda bir dizi ortak çalışmaya katıldı. Araştırmanın çeşitli yönlerinde, Çin Bilim ve Teknolojisinden Chaoyang ve Pan Jianwei'den oluşan ekip, Fuzhou Üniversitesi'nden Profesör Zheng Shibiao'nun araştırma grubu ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Kansas Üniversitesi'nden Profesör Han Siyuan, ortak araştırmalar gerçekleştirdi ve bir dizi sonuç elde etti:
6 bitlik bir süperiletken cihazda 4 kübit kullanılarak, doğrusal denklemleri çözmek için HHL kuantum algoritması gösterilmiştir. HHL algoritması, 2009 yılında A. W. Harrow, A. Hassidim ve S. Lloyd tarafından önerilen ve üssel olarak hızlandırılmış çözüm hızına ulaşabilen doğrusal denklem gruplarını çözmek için bir algoritmadır. Doğrusal denklemler bilimsel araştırma ve mühendislik uygulamalarında çok sayıda uygulamaya sahip olduğundan, bu algoritma çok önemli uygulama olanaklarına sahiptir. Birkaç yıl süren geliştirmeden sonra, algoritmanın yapay zeka ve büyük veri analizi alanlarına uygulanmasının beklendiği kanıtlandı, bu nedenle son yıllarda çok ilgi gördü. Kuantum algoritması, fotonik ve nükleer manyetik rezonans sistemlerinde gösterildi, ancak bu ortak araştırma, ölçeklenebilir bir katı hal sistemindeki ilk gösterimdir. Makale Phys. Rev. Lett. 118, 210504 (2017) 'de yayınlandı ve editörün önerisi olarak seçildi.
10 bitlik bir süper iletken cihaz kullanılarak ilk kez 10 kübitlik bir GHZ küresel dolanma gerçekleştirildi ve süperiletken kübitlerin küresel dolaşık kübit sayısı için bir dünya rekoru oluşturuldu. Dolanıklık doğruluğu yaklaşık% 66,8'e ulaştı. Bir ortak araştırma makalesi Phys. Rev. Lett. 119, 180511 (2017) ve editörün önerisi olarak seçildi.
Kuantum hesaplamanın yürütülmesi, bir dizi kuantum mantık geçidinin çalıştırılmasını gerektirir. Kontrollü NOT kapıları ve çoklu kontrollü NOT kapıları, temel iki kübit ve çok kübit mantık kapılarıdır. Kuantum dolanıklığı üretme yeteneğine sahiptirler. Gerçekleştirilmeleri deneyler gerektirir. Üst kısımda hassas kontrol. Ortak araştırma, geometrik faz şemasına dayanmaktadır ve genel kuantum hesaplamanın gerçekleştirilmesi için sağlam bir temel oluşturan çoklu mantıksal kontrollü NOT geçitlerinin yüksek doğrulukta gerçekleştirilmesini göstermektedir.Makale Nature Commun.8, 1061 (2017) 'de yayınlandı.
Son zamanlarda, Fan Heng ve Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nün diğer araştırma grupları, Zhejiang Üniversitesi'nden Wang Haohua'nın araştırma grubu ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Zhu Xiaobo'nun araştırma grubu ile çok gövdeli yerelleştirme problemleri üzerine kuantum simülasyon araştırması yapmak için işbirliği yaptı. Kuantum simülasyonu, kontrol edilebilir bir kuantum sistemi kullanarak keşfedilen kuantum sisteminin fiziksel özelliklerini karşılaştırmanın bir yöntemidir. Kuantum çoklu cisim lokalizasyonu, yeni önerilen bir kuantum olgusudur ve sistem iyi bilinen Anderson lokalizasyonundan farklıdır. Ürün, uzun menzilli bir etkileşim var. Yukarıda belirtilen uzun tutarlılık süresine sahip 10 bitlik süper iletken örneği kullanarak, Fizik Enstitüsü, Zhejiang Üniversitesi ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden ekipler, kuantum çoklu cismin lokalizasyonunun gösterimini başarıyla gerçekleştirdi (Şekil 4). Kuantum çok cisim lokalizasyonunun önemli bir özelliği, kuantum dolaşıklık entropisinin zamanla logaritmik olarak artmasıdır.Bu fenomen ilk kez deneylerde ölçülür. 10 bitlik cihazın bir özelliği, çok sayıda Xmon biti ve rezonant boşluğun her Xmon bitini birbirine bağlayan bir veri yolu görevi gördüğü ortak bir boşluk bağlama cihazı dahil olmak üzere birden çok bit arasında keyfi bağlantı gerçekleştirebilmesidir (Şekil 3). Her Xmon biti, ayarlanabilir enerji seviyesine sahip bir konfigürasyon kullanır ve her bitin enerji seviyesi, harici bir önyargı ile bağımsız olarak ayarlanabilir.Ölçüm işlemi sırasında, herhangi iki Xmon biti arasında rezonans kuplajı veya dispersiyon kuplajı gerçekleştirilebilir. . Cihazın bu özelliği, deneyde düzensiz özelliklerin ve uzun menzilli etkileşimlerin kolayca ayarlanmasına olanak vererek, çok gövdeli lokalizasyon için koşulları sağlar. Fizik Enstitüsü'nde araştırmacı ve Chen Jinjun gözetiminde bir doktora öğrencisi olan Chen Jinjun ve ekibi spesifik deneysel planı belirleyerek teorik analizi tamamladı.Ölçüm Zhejiang Üniversitesi'nde tamamlandı.Makale Phys. Rev. Lett. 120, 050507 (2018) 'de yayınlandı.
Yukarıdaki çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11434008, 91536108, 91321208, 11574380), Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2014CB921201, 2016YFA0302104, 2014CB921401, 2016YFA0300600) ve Çin Bilimler Akademisi (XDPB08-3) tarafından desteklenmektedir.
Referanslar:
YR Zheng, C. Song, MC Chen, BX Xia, WX Liu, QJ Guo, LB Zhang, D. Xu, H. Deng, KQ Huang, YL Wu, ZG Yan, DN Zheng, L. Lu, JW Pan, H Wang *, CY Lu *, XB Zhu *, Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum Processor, Phys. Rev. Lett. 118, 210504 (2017).
C. Song, K. Xu, WX Liu, CP Yang, SB Zheng *, H. Deng, QW Xie, KQ Huang, QJ Guo, LB Zhang, PF Zhang, D. Xu, DN Zheng, XB Zhu *, H. Wang *, YA Chen, CY Lu, SY Han, JW Pan, 10-Qubit Entanglement and Parallel Logic Operations with a Superconducting Circuit, Phys. Rev. Lett. 119, 180511 (2017).
C. Song, SB Zheng *, PF Zhang, K. Xu, LB Zhang, QJ Guo, WX Liu, D. Xu, H. Deng, KQ Huang, DN Zheng, XB Zhu *, H. Wang *, Sürekli değişken geometrik faz ve süper iletken devrede kuantum hesaplama için manipülasyonu, Nature Commun.8, 1061 (2017).
K. Xu, JJ Chen, Y. Zeng, YR Zhang, C. Song, WX Liu, QJ Guo, PF Zhang, D. Xu, H. Deng, KQ Huang, H. Wang *, XB Zhu *, DN Zheng, H. Fan *, Süperiletken Kuantum İşlemci ile Çok Gövde Lokalizasyonunu Taklit Etme, Phys. Rev. Lett. 120, 050507 (2018).
Şekil 1: 5 kübitlik süper iletken cihaz
Şekil 2: 6 kübitlik süper iletken cihaz
Şekil 3: 10 kübitlik süper iletken cihaz
Şekil 4: Kuantum durum tomografisi ile elde edilen yoğunluk matrisi. Çok gövdeli lokalizasyon, sistemin başlangıç durumunun özelliklerini koruyacaktır Şekil, düzensizlik yoğunluğu 0MHz olduğunda, sistemin bilgisiz bir termal duruma yaklaştığını ve düzensizlik yoğunluğu 12MHz olduğunda, sistemin hala başlangıç durumunun bilgilerini koruduğunu göstermektedir. Orijinal resim için bakınız Phys.Cev. Lett. 120, 050507 (2018).
Yayıncı: Cloudiiink
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
