发布日期：2024-12-10 03:31 点击次数：184
提到量子筹谋，咱们发轫意想的便是大名鼎鼎的超导量子筹谋系统。关联词，早在 1995 年彩娱乐官网，物理学家伊格纳西奥·西拉克（Ignacio Cirac）和彼得·佐勒（Peter Zoller）就提议了一种蜕变的步调，即诓骗结实“囚禁”的离子来收尾量子逻辑门的操作，进而构建量子筹谋系统，这被称为“离子阱量子筹谋”。
目下，离子阱量子筹谋与超导量子筹谋一皆，被以为是有望收尾着实实用化的量子筹谋的两种主流决议。
顾名想义，“离子阱量子筹谋”便是将离子结实地“囚禁”在一个特定的势阱中，使其大要编码量子比特并参与量子筹谋。因此，“离子”和“势阱”是该系统最中枢的两个身分，它们亦然相识“离子阱量子筹谋”使命旨趣的要津。
结实“囚禁”在势阱中的离子暗示图。其中，每个白色圆点代表单个离子，轴向的黄色箭头代表直流电场，交变的绿色箭头代表换取电场。图片开首：作家绘图
张开剩余88%那么，科学家们为什么要选拔“囚禁”离子呢？离子阱量子筹谋系统又领有哪些罕见的上风，使其大要与超导量子筹谋系统并排，成为收尾量子筹谋的两大主流期间之一呢？
让咱们带着这些疑问，一皆真切了解这个天然低调但实力卓绝的离子阱量子筹谋系统吧！
小小的“身体”，大大的才气
——离子量子比特
本色上，离子是带有电荷的原子，因此它们里面天然存在结实的能级结构。诓骗这一特质，科学家们不错选拔离子里面的两个特定能级，将它们编码成一个性能结实的二能级系统，也便是咱们所说的量子比特。
关于单个“囚禁”离子中的二能级系统，咱们不错将能量较高的景色标记为 |1⟩ 态，而将能量较低的景色标记为 |0⟩ 态。由于离子里面能级之间的跃迁死守量子力学的概浅薄旨趣，单个离子的能量景色不错同期处于 |1⟩ 态和 |0⟩ 态的重叠景色，使其大要动作离子量子比特参与量子筹谋机的并走运算。
进一步来说，要是咱们能在离子阱系统中结实“囚禁” N 个离子，表面上就不错编码 N 个沉寂的离子量子比特。在特定的激光光场和微波场的精确适度下，这些离子量子比特大要进行 2 的 N 次方的并行量子运算，展现出量子筹谋机重大的并行责罚才气。
含有18个171Yb+离子的离子链。图片开首：作家提供
在真切探讨离子阱量子筹谋系统时，咱们不得不提到其朝着限度化和集成化标的发展的一个首要里程碑——基于离子阱量子筹谋芯片的离子输运决议，这一决议也被称作 QCCD（Quantum Charge-Coupled Device）决议。
具体来说，离子阱量子筹谋芯片被缱绻成领有多个空间功能区域，这些区域通过退换复合电场来收尾离子在不同功能区域之间的精确输运。这些区域区分承担着量子比特的存储、逻辑门操作、量子态测量等要津任务。通过这些操作的有机组合，QCCD 决议大要确保每次量子操作的保真度不会因为总离子数的加多而裁减，这是收尾大限度通用量子筹谋的要津场所。
基于离子阱量子筹谋芯片的离子输运决议（QCCD决议）的暗示图。
图片开首：参考文件[2]
恰是凭借着优异的性能进展，离子阱量子筹谋芯片的商榷受到了好意思国国度核安全局下属的桑迪亚（Sandia）国度施行室的合手续干与。早在 2010 年，桑迪亚国度施行室制备和测试了第一款离子阱量子筹谋芯片彩娱乐官网，况且奏效收尾了 40Ca+ 的“囚禁”；随后在 2016 年，桑迪亚国度施行室研制出新一代的离子阱量子筹谋芯片“HOA-2.0”，不错结实“囚禁”离子超过 100 小时；在 2020 年，该施行室推出了电极结构愈加复杂的离子阱量子筹谋芯片“Phoenix and Peregrine”，具备更优异的离子输运性能。
量子筹谋中的“得分王”
——离子阱量子筹谋
相较于冲锋在前的超导量子筹谋系统，离子阱量子筹谋系统具有很多专有的性能上风，被以为是量子筹谋前沿商榷中的“得分王”，这表目下以下三个方面：
1
较低的诞妄率
离子被结实“囚禁”在超高真空的腔体内，大要有用地终止外界环境的烦躁，况且能在激光场的出手下收尾特定的“量子操控”。目下，离子阱量子筹谋系统区分创下最高保真度的单量子比特门（99.9999%）和最高保真度的双量子比特门（99.94%）的寰宇记录；
2
高度的互联性
收货于“囚禁”离子间的库伦长程互相作用，吞并离子链中的不同离子在激光场的出手下，彩娱乐大要收尾相互之间全承接的信隔绝互，从而极地面擢升了并行算力；
3
超长的退关系时候
经受特定的动态解耦决议和协同冷却期间，离子量子比特的量子特质大要有用地与环境解耦，目下还是创下最长的单量子比特关系时候（5500秒）。
2023 年 12 月，大家最大的离子阱量子筹谋公司 (Quantinuum)不异经受上述 QCCD 决议，推出了具备 32 个离子量子比特的 “H2” 离子阱芯片，况且收尾了平均保真度 99.997% 的单比特量子逻辑门，以及全连通保真度为 99.8% 的双比特量子逻辑门，引诱了科学界的平素神气。
2024 年 6 月，该公司推出了全新升级的离子阱量子筹谋芯片 “H2-1”，况且拓展至 56 个离子量子比特，其双量子比特门保真度更是高达 99.914%，成为首台达到“三个九”临界值的商用量子筹谋机。
离子阱量子筹谋公司Quantinuum发布的离子阱芯片。图片开首：Quantinuum
相较于专注单一见解的超导量子筹谋系统，动作“得分王”的离子阱量子筹谋系统则愈加谛视量子算力的合座擢升。
通常而言，量子筹谋机的合座算力需要从量子比特数量、量子比特的承接性以及量子纠缠门的保真度这三个方面来笼统辩论，而“量子体积（QV）”便是笼统这三个方面的要津见解。量子体积越大，量子筹谋机就具有更重大的合座算力，目下离子阱量子筹谋体系还是达到 2 的 20 次方，成为目下寰宇上量子体积最大的量子筹谋系统。
Quantinuum的量子体积（QV）达到了新的寰宇记录（2的20次方）。
比赛开始后，火箭队借助主场优势，迅速展开猛烈进攻。尽管勇士队缺少了维金斯这位重要球员，但库里、库明加等球员的出色表现让他们始终紧咬比分。这场比赛仿佛是一场拉锯战，双方你来我往，互不相让。
丁威迪首先谈到了詹姆斯和东契奇，这两位超级球星是他曾经合作过或正在合作的球员。他认为东契奇是当今最出色的球员，而詹姆斯则是篮球史上最伟大的球员。丁威迪指出有些人认为比赛中投进绝杀最关键，但他表示如果可以选择，他会选一个能够弥补团队错误的球员。也就是说，擅长兜底和弥补失误，而多才多艺的詹姆斯正是这样的球员。
图片开首：Quantinuum，参考文件[3-4]
离子阱芯片的国内发展
早在 2014 年，来自国防科技大学的商榷团队就缱绻放洋内第一款离子阱芯片，收尾了接洽专科东说念主才的培养和储备；在 2016 年，该商榷团队在早期的离子阱芯片中，奏效收尾了 38 个一维 40Ca+离子链的“囚禁”。
在第一代离子阱芯片的商榷基础上，该商榷团队接踵研制了第二代和第三代离子阱芯片，况且收尾了 20 个离子的量子关系操控，同期演示了“量子-经典”混划算法。
国防科技大学研制奏效的三代离子阱芯片的暗示图。
图片开首：国防科技大学离子阱商榷团队
除此除外，我国在离子阱芯片的商榷团队还包括清华大学、中国科学期间大学以及南边科技大学等单元，目下我国在离子阱芯片的合座商榷水平处于海外前方，然则与海外顶尖商榷团队比拟仍然存在 5-8 年的商榷代差。
量子筹谋的翌日议论
量子筹谋的发展天然绝顶赶快，但仍然处于起步阶段，目下料定哪种期间道路会胜出还为时过早。目下科学界主流的不雅点以为，要收尾着实实用化的量子筹谋机，需要按照“三步走”的发展政策，即：考证量子筹谋的优胜性、在噪声环境下的中等限度量子筹谋（NISQ），以及不错通用化的量子筹谋。
现时，东说念主类还是完成“三步走”政策中的第一步——考证量子筹谋的优胜性，况且还是在“量子纠错”范围迈出了坚实的一步，大要沿着“三步走”政策链接稳步前行。
在可意料的将来，咱们在完成“三步走”政策之后，量子筹谋机将不单是不错用于特定算法问题的求解，还将为新质出产力提供重大的算力撑合手，收尾筹谋才气的当先式发展。
参考文件
[1]Cirac J I, Zoller P. Quantum computations with cold trapped ions[J]. Physical review letters, 1995, 74(20): 4091.
[2]Kielpinski D, Monroe C彩娱乐官网, Wineland D J. Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer[J]. Nature, 2002, 417(6890): 709-711.
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