綠色激光的能量適于操縱鋇離子能態(tài)。圖片來源：滑鐵盧大學(xué)

科技日?qǐng)?bào)北京9月12日電(記者張夢(mèng)然)加拿大科學(xué)家利用激光開發(fā)出目前已知最強(qiáng)大的方法來控制由化學(xué)元素鋇制成的單個(gè)量子比特。可靠地控制量子比特的能力，是實(shí)現(xiàn)未來功能型量子計(jì)算機(jī)的重要基礎(chǔ)。

滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所(IQC)此次使用小型玻璃波導(dǎo)去分離激光束并將它們聚焦到4微米，這大約是人類發(fā)絲寬度的4%。每個(gè)聚焦的激光束在其目標(biāo)量子比特上的精度和程度都可并行控制，這是以前研究完全無法做到的。

新設(shè)計(jì)將串?dāng)_量(落在相鄰離子上的光量)限制在非常小的相對(duì)強(qiáng)度上，研究人員稱，這意味著它們可在不影響其“鄰居”的情況下與任何離子“交談”，同時(shí)，研究人員還可擁有最大程度地控制每個(gè)離子的能力，這是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界迄今出現(xiàn)的最為靈活的離子量子比特控制系統(tǒng)。

研究人員此次以鋇離子為目標(biāo)，鋇離子在俘獲離子量子計(jì)算領(lǐng)域越來越受歡迎，其具有方便操作的能量態(tài)，可用作量子比特的零能級(jí)和一能級(jí)，并用可見綠光進(jìn)行操作。此前對(duì)其他原子進(jìn)行相同操作時(shí)，往往需要更高能量紫外線，而現(xiàn)在研究人員不再受此局限，一些不適用于紫外線波長(zhǎng)的商用光學(xué)技術(shù)也可使用了。

這種新波導(dǎo)芯片將單個(gè)激光束分成16個(gè)不同的光通道，然后將每個(gè)通道引導(dǎo)到單獨(dú)的基于光纖的調(diào)制器中，調(diào)制器獨(dú)立地提供對(duì)每個(gè)激光束的強(qiáng)度、頻率和相位的敏捷控制，再使用一系列類似于望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)透鏡，將激光束聚焦到其小間距。最終，相機(jī)傳感器能精確測(cè)量并確認(rèn)每個(gè)激光束的焦點(diǎn)。

這種強(qiáng)大的控制方法兼具了簡(jiǎn)單與精確，顯示出操縱離子編碼和處理量子數(shù)據(jù)以及在量子模擬和計(jì)算中實(shí)施的前景。

量子計(jì)算機(jī)原理不難，但實(shí)現(xiàn)起來涉及很多技術(shù)難題。用什么材料承載量子位，需要對(duì)材料的深入探索和精準(zhǔn)把握。近幾年，鋇成為一個(gè)很有希望的候選元素。鋇量子位的量子計(jì)算機(jī)有很多優(yōu)勢(shì)：更低的錯(cuò)誤率、更高的門保真度和更靠譜的狀態(tài)檢測(cè)。而且鋇量子主要由可見光而非紫外光控制。鋇的引入，為量子計(jì)算機(jī)提供了更多選項(xiàng)。未來的量子計(jì)算機(jī)或許是容納多種模塊的開放式系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 單原子 量子比特 量子計(jì)算機(jī) 研究人