Ağır! Pan Jianwei'nin ekibi 18 kübit dolanma elde ederek dünya rekorunu yeniden kırdı!
Xinzhiyuan Raporu
Kaynak: FİZİKSEL İNCELEME MEKTUPLARI, People's Daily Online, vb.
Xinzhiyuan Yazı İşleri Bölümü
Xin Zhiyuan Rehberi Çin, kuantum hesaplama alanında başka bir dönüm noktası oldu! Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Pan Jianwei ekibi, dünyada ilk kez 18 optik kübitin birbirine dolanmasını başardı ve tüm fiziksel sistemlerdeki en büyük dolaşık durumunun hazırlanması için dünya rekorunu kırdı. Sonuçlar, Çin'in dünyada çok gövdeli dolaşıklık araştırmalarına liderlik etmeye devam ettiğini gösteren büyük bir uygulama değerine sahip.
Ağır kağıt adresi:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.260502
Çin, kuantum hesaplama alanında başka bir atılım yaptı!
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Pan Jianwei ve meslektaşları Lu Chaoyang, Liu Naile, Wang Xilin, vb., Altı fotonun kutuplaşma, yol ve yörüngesel açısal momentumunun üç derecelik serbestlik ayarlaması yoluyla, İlk kez 18 optik kübitin dolaşıklığını fark edin , Tüm fiziksel sistemlerdeki en büyük dolaşık durumunun hazırlanması için dünya rekorunu tazeliyor!
Dünyanın önde gelen kuantum bilgi bilimsel araştırma ekiplerinden biri olan Pan Jianwei'nin ekibi, fotonik sistemde beş ışıklı kuantum, altı ışıklı kuantum, sekiz ışıklı kuantum ve on ışıklı kuantum dolanmasını gerçekleştirmede başı çekmiş ve uluslararası lider düzeyini korumuştur. Bu sefer 18 optik kübitin dolanmasının gerçekleştirilmesiyle, sonuçlar büyük ölçekli, yüksek verimli kuantum bilgi teknolojisine de uygulanabilir, bu da Çin'in uluslararası olarak çok gövdeli dolaşıklık araştırmalarına liderlik etmeye devam ettiğini gösteriyor.
Uluslararası yetkili akademik dergi "Physics Review Letters" kısa süre önce sonuçları yayınladı.
Kendi 10 optik kuantum dolaşıklık kaydınızı kırın ve tüm fiziksel sistemlerde dolaşık durumların hazırlanması için yeni bir dünya rekoru oluşturun
Çoklu kübitlerin tutarlı manipülasyonu ve dolaşık durumların hazırlanması, özellikle ölçeklenebilir kuantum bilgi teknolojisinin geliştirilmesidir. Kuantum hesaplamanın temel göstergesi . Kuantum hesaplamanın hızı, yönlendirilebilir dolaşık bitlerin sayısı arttıkça üssel olarak artacaktır. Bununla birlikte, çoklu kübitlerin dolaşıklığını gerçekleştirmek için yüksek hassasiyetli, yüksek verimli kuantum durum hazırlığı ve bağımsız kübitler arasındaki etkileşimin hassas kontrolü gereklidir. Aynı zamanda kübit sayısı arttıkça gürültü, parazit ve manipülasyondan kaynaklanan hatalar da artar. Bunun, kuantum sistemlerinin tasarımı, işlenmesi ve kontrolü için son derece yüksek gereksinimleri vardır ve kuantum dolaşıklığı ve kuantum hesaplamanın geliştirilmesi için büyük bir zorluk haline gelmiştir.
Geçtiğimiz 20 yıl boyunca, Pan Jianwei ve meslektaşları, dünyada çoklu foton dolanma ve girişim ölçümünün geliştirilmesine öncülük ediyorlar ve bu temelde, çoklu foton serbestlik derecelerinin kontrol yöntemine öncülük ettiler. 2015 yılında, Pan Jianwei ve Lu Chaoyang araştırma grupları, kuantum kontrol teknolojisinin ilk gerçekleştirilmesini ve iki dereceli foton polarizasyonu ve yörüngesel açısal momentumun tek foton tahribatsız ölçümünü gerçekleştirdi. Tek fotonlu çok serbestlik dereceli kuantum ışınlaması , İlgili sonuçlar British Physical Society'nin haber sitesi "Physics World" tarafından "Uluslararası Fizik Yıllık Buluşu" olarak seçildi.
2016'nın sonunda, Pan Jianwei'nin ekibi aynı anda 10 optik kübit ve 10 süper iletken kübitin birbirine dolanmasını sağlayarak bu iki dünya rekorunu tazeledi ve korudu.
Yıllar süren teknik araştırmalardan sonra, Pan Jianweinin ekibi bağımsız olarak, farklı metrik özgürlük durumları arasında deterministik ve yüksek verimli tutarlı dönüşüm sağlayan ve 18 kübitlik 262.144 durumu tamamlayan, oldukça kararlı, tek fotonlu, çok serbestlik dereceli bir interferometre geliştirdi. Aynı anda ölçün. Bu temelde, araştırma grubu, tüm fiziksel sistemlerde dolaşık durumların hazırlanması için bir dünya rekoru yaratarak, 18 optik kübit süper dolaşık durumların deneysel hazırlanmasını ve katı çok gövdeli saf dolanıklığın doğrulanmasını başarıyla gerçekleştirdi.
Spesifik teknoloji: Deneyler, 18 kübitlik GHZ dolaşıklığının kanıtlandı
Birden çok parçacığın birden çok serbestlik derecesinin tam kontrolünü sağlamak, kuantum bilgi işlemenin temel yeteneğidir. İkisini de kullanıyoruz 6 foton için 3 farklı serbestlik derecesi Yolları, kutuplaşmaları ve yörüngesel açısal momentumları dahil, Deneyler, Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) dolaşıklığının 18 kübit olduğunu kanıtladı .
Araştırmacılar, farklı foton serbestlik dereceleri arasında tersine çevrilebilir kuantum mantık işlemleri için oldukça kararlı bir interferometre geliştirdiler. Doğruluğu ve verimliliği bire yakın ve aynı anda 18 kübit durumdan 218 = 262144 sonucu okuyabiliyor. kombinasyon. Kuantum durumunun ölçülen doğruluğu 0,708 ± 0,016, 18 kübitin hepsinin gerçek dolaşıklığını kanıtlayın .
Şekil 1: 6 foton ve 3 d.o.f'den oluşan 18 kübitlik GHZ durumunu oluşturmak ve doğrulamak için kullanılan şema ve deneysel cihaz.
Yukarıdaki şekil, 6 foton ve 3 d.o.f'den oluşan 18 kübitlik bir GHZ durumunu oluşturmak ve doğrulamak için kullanılan şemayı ve deneysel cihazı göstermektedir. onların arasında,
(A): Altı foton polarizasyonunun üretilmesi, GHZ durumu dolaşık . Merkez dalga boyu 788 nm, darbe süresi 140 fs ve tekrarlama hızı 80 MHz'dir Ultra hızlı lazer lityum triborata (LBO) odaklanır ve 394 nm'ye kadar dönüştürülür.
Ultraviyole lazer, her biri iki adet 2 mm kalınlığında -baryum borat (BBO) ve üç çift dolaşık foton üretmek için bir HWP'den oluşan, özel olarak tasarlanmış üç sandviç tipi doğrusal olmayan kristale odaklanmıştır.
Her çıktıda, uzay ve zamandaki çift kırılma etkisini telafi etmek için farklı kalınlık ve yöndeki iki YVO kristali kullanılır. Bu üç çift dolaşık foton, iki polarizasyon ışını ayırıcıda (PBS) birleştirilir, Altı fotonlu polarizasyon dolaşıklığına sahip GHZ durumu .
(B): Her bir tek foton için, bir çift PBS aracılığıyla gönderilir ve iki SPP, tek bir foton üç kübit durumunda hazırlanır.
(C): Uzamsal kübitleri ölçmek için kapalı (noktalı çizgi) veya açık (noktalı çizgi yok) girişim yapılandırmasını kullanın.
(D): Polarizasyon ölçümü.
(E): Yüksek verimli, çift kanallı OAM okumasını gerçekleştirmek için OAM'yi ek aracılığıyla polarizasyona dönüştürün.
(F): (b) ve (c) 'de gerçekten kullanılan cihazların fotoğrafları. Dikey kaydırma ile kolayca açıp kapatabilirsiniz
(G): Uzamsal (f) ve OAM (h) ölçümlerinde gerçek zamanlı görünürlük tespiti.
(H): Aslında (e) 'de kullanılan cihazın fotoğrafı.
Şekil 2: 18 kübitlik GHZ dolanmasının deneysel verileri.
"Kuantum hegemonyasının" hakim zirvelerini ele geçirmek için, karmaşık durum hazırlığı anahtar
Kuantum bilgi teknolojisinin potansiyel değeri nedeniyle, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ülkeler, çeşitli alanlardaki araştırma gücünü ve kaynaklarını aktif olarak bütünleştiriyor ve ulusal düzeyde işbirliğine dayalı araştırmalar başlatıyor. Bunlar arasında Avrupa Birliği, kuantum teknolojisi amiral gemisi projesinin 2016 yılında başlatıldığını duyurdu; ABD Kongresi, kuantum teknolojisini geliştiren diğer ülkelerin gerisinde kalmamasını sağlamak için 27 Haziran'da Ulusal Kuantum Girişimi'ni (NQI) resmen geçti.
Google, Microsoft, IBM gibi yabancı yüksek teknoloji devleri de kuantum bilişim araştırmalarına güçlü bir şekilde müdahale ettiler ve sık sık ilerlemeyi duyurdular.
Özellikle Google. Google, 2014 yılında süper iletken süperiletkenliğe dayalı kuantum bilgisayarları incelemeye başladı. Bu yılın Mart ayında Google, 72 kübitlik bir kuantum bilgisayarın piyasaya sürüldüğünü duyurdu ve% 1'lik düşük bir hata oranına ulaştı; Google, Mayıs ayında "Nature-Physics" te rastgele kuantum devrelerinin çıktısından bit örneklemesini açıklayan bir makale yayınladı. Kuantum bilgisayarların "merhaba dünya" programı olarak düşünülebilecek bit dizgelerinin görevi. Science dergisinde yayınlanan başka bir makalede "Süperiletken kübitlerle kuantum üstünlüğünü göstermek için bir plan" (Süperiletken kübitlerle kuantum üstünlüğünü göstermek için bir plan) Google, kuantum üstünlüğünün planını açıkladı ve ilk deneyde bir ilkenin kanıtı olduğunu kanıtladı versiyonu.
Ancak IBM, Intel, Google vb. Tarafından açıklanan kuantum bilgisayar prototipleri, Bu kübitler birbirine karışmamış durum . Basitçe fiziksel kübit sayısını karşılaştırdığımızda, bu avantajın uygulama düzeyinde pek önemi yoktur.
Yukarıda bahsedildiği gibi, çoklu kübitlerin tutarlı manipülasyonu ve karışık durumların hazırlanması, ölçeklenebilir kuantum bilgi teknolojisinin, özellikle kuantum hesaplamanın geliştirilmesi için temel göstergelerdir. neden?
Klasik bilgisayarlar, bilgileri kodlamak ve işlemek için bir dizi ikili kod 0 ve 1 kullanır. Kübitlerin yaptığı şey, 0 ve 1'in üst üste binmesi dışında esasen aynıdır. Başka bir deyişle, bir kübitin durumunu ölçtüğümüzde, 0 veya 1 gibi belirli bir olasılık elde ederiz.
Bu kübitlerin çoğunu hesaplama görevlerini yerine getirmek için kullanmak için, sürekli olarak birbiriyle ilişkili, kuantum uyumlu durum denilen süperpozisyon durumunda olmaları gerekir. Bu kübitler birbirine dolanmıştır ve bir bitin değişmesi kalan tüm kübitleri etkileyebilir. Bu nedenle, kübitlere dayalı bilgi işlem gücü, geleneksel bitleri çok aşacaktır.
Geleneksel elektronik bilgisayarların hesaplama gücü, bitlerin artmasıyla doğrusal olarak artar ve her ek kübit, kuantum bilgisayarların hesaplama gücünü ikiye katlayabilir (katlanarak). Bu nedenle 5 kübit ve 50 kübit kuantum bilgisayarlar arasında dünya çapında bir fark var.
fakat, Asıl önemli olan sadece kaç kübit olduğu değil (bu ana faktör bile değildir), kübitlerin performansı ve algoritmanın verimli olup olmadığıdır.
Beş foton, altı foton, on foton ila 18 foton, çok parçacıklı dolaşıklık her zaman dünyaya öncülük etmiştir.
Kuantum hesaplamanın teknik üstünlükleri olarak, çok parçacıklı dolanmanın manipülasyonu her zaman uluslararası rekabetin odak noktası olmuştur. Foton sisteminde, Pan Jianwei'nin ekibi dünyada beş-foton, altı-foton, sekiz-foton ve on-foton dolanıklığını gerçekleştirmede başı çekmiş ve uluslararası liderlik seviyesini korumuştur.
Süper iletken sistemde, 2015 yılında Google, NASA ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara 9 süperiletken kübitin yüksek hassasiyetli manipülasyonunun gerçekleştirildiğini duyurdu. Bu rekor, 2016 yılının sonunda Çinli bilim adamlarından oluşan bir ekip tarafından kırıldı: Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, Wang Haohua ve diğerleri bağımsız olarak 10 bitlik süper iletken kuantum devre örnekleri geliştirdiler.Küresel dolaştırma işlemlerinin geliştirilmesi yoluyla, dünyanın en fazla sayıda süper iletken kübiti başarıyla elde ettiler. Tam ölçüm.
Ayrıca araştırma ekibi, doğrusal denklemleri çözmek için kuantum algoritmalarını göstermek için süper iletken kuantum devreleri kullandı ve kuantum hesaplamanın paralelliği yoluyla doğrusal denklemlerin çözümünü hızlandırmanın uygulanabilirliğini kanıtladı. İlgili sonuçlar, uluslararası yetkili dergi "Physics Review Letters" da yayınlandı.
50 foton dolaşıklığı, kuantum simülatörünün "Tianhe-2" yi aşmasını sağlar
3 Mayıs 2017'de Profesör Pan Jianwei ve meslektaşları Lu Chaoyang, Zhu Xiaobo, vb., Programlanabilir ışık kuantumunun elektronik kontrolü aracılığıyla kuantum noktalarının uluslararası olarak en iyi tek foton kaynağının kendi geliştirdiği kapsamlı performansını kullanarak temel sorunu çözmek için Zhejiang Üniversitesi'nden Profesör Wang Haohua'nın araştırma grubuna katıldı. Circuit, çoklu fotonlu "Bose örnekleme" görevi için bir foton hesaplama prototipi yaptı.
Pan Jianwei, bunun tarihteki önceki klasik bilgisayarları geride bırakan ilk tek foton tabanlı kuantum simülatörü olduğunu ve kuantum hesaplamanın klasik hesaplama yeteneklerinin ötesinde nihai gerçekleşmesi için temel oluşturduğunu söyledi.
Çok tonlu bozon örneklemesi için deney düzeneğinin şematik diyagramı. Kurulum, dört ana bölümden oluşur: tek foton kaynağı, demülit çoklayıcı, ultra düşük kayıplı foton ölçüm dizisi ve foton detektörü.
2015 Çin Bilgisayar Konferansı'nda Pan Jianwei, "Kuantum Hesaplama ve Kuantum Simülasyonu" adlı bir rapor yayınladı ve yüksek hassasiyetli kuantum işleme teknolojisinin aşırı karmaşıklığı nedeniyle, mevcut kuantum hesaplama araştırmalarının hala geliştirme ve klasik bilgisayarlar gibi genel işlevlerle kuantum hesaplamanın erken aşamasında olduğunu söyledi. Bilgisayarın nihayetinde başarılı olup olmayacağı hala tüm bilim camiası tarafından bilinmiyor.
Bununla birlikte, teorik araştırmalar, genel amaçlı kuantum bilgisayarlarla karşılaştırıldığında, bazı önemli sorunları çözmeye adanmış kuantum simülatörlerinin, kübit sayısı açısından bu kadar yüksek teknik gereksinimlere sahip olmadığını göstermiştir. Örneğin, "Bose örneklemesi" problemi için, Yaklaşık 50 fotonun dolaşıklığına ulaşıldığında, kuantum simülatörünün hesaplama gücü "Tianhe-2" süper bilgisayarını aşabilir. .
Pan Jianwei, kuantum simülasyonunun büyük pratik değeri olduğunu ve insanlığın malzeme bilimi alanında yeni malzemeler ve yeni enerji geliştirmesi, yeni nesil teknolojik devrimi ve endüstriyel dönüşümü beslemesi ve teşvik etmesi için önemli bir rehberlik sağlayabileceğini ve 10-15 yıl içinde büyük atılımların yapılmasının beklendiğini söyledi.
Bu sefer 18 optik kübitin birbirine dolanmasının gerçekleşmesi şüphesiz bu yönde atılan güçlü bir adımdır.
Referans malzemeleri:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.260502
Topluluğa katıl
Xinzhiyuan AI teknolojisi + endüstri topluluğunun işe alımında, AI teknolojisi + endüstrisiyle ilgilenen öğrenciler küçük bir WeChat asistanı hesabı ekleyebilirler: aiera2015_3 Gruba katılın; incelemeyi geçtikten sonra sizi gruba katılmaya davet edeceğiz. Topluluğa katıldıktan sonra, grup açıklamalarını değiştirmelisiniz (isim-şirket-pozisyon; profesyonel grup incelemesi katıdır, lütfen anlayın).
