量子計(jì)算可行性研究里程碑——
新型物質(zhì)相可使信息存儲(chǔ)時(shí)間更長(zhǎng)
科技日?qǐng)?bào)北京7月20日電 （實(shí)習(xí)記者張佳欣）美國(guó)物理學(xué)家受斐波納契數(shù)列的啟發(fā)，將這種序列的激光脈沖照射到量子計(jì)算機(jī)內(nèi)的原子上，創(chuàng)造出一種前所未見(jiàn)的時(shí)間物質(zhì)相。研究人員在20日的《自然》雜志上發(fā)表論文指出，盡管只有一種單一的時(shí)間流，但該時(shí)段具有兩個(gè)時(shí)間維度的好處，存儲(chǔ)在該時(shí)段的信息比目前在量子計(jì)算機(jī)中使用的其他設(shè)置更能防止出錯(cuò)。因此，這些信息可在不被篡改的情況下存在很長(zhǎng)時(shí)間，這是量子計(jì)算可行性研究的一個(gè)重要里程碑。
該研究的主要作者、美國(guó)紐約熨斗研究所計(jì)算量子物理中心研究員菲利普·杜米特雷斯庫(kù)表示，這種方法使用了“額外的”時(shí)間維度，“這是一種完全不同的思考物質(zhì)相的方式”。
該團(tuán)隊(duì)的量子計(jì)算機(jī)的主力是鐿元素的10個(gè)原子離子。每個(gè)離子都由離子阱產(chǎn)生的電場(chǎng)單獨(dú)保持和控制，并且可使用激光脈沖進(jìn)行操作或測(cè)量。這些原子離子中的每一個(gè)都可作為量子比特。
物理學(xué)家使用“對(duì)稱性”讓量子比特變得更強(qiáng)大，對(duì)稱性本質(zhì)上是一種可抵抗變化的性質(zhì)。一種方法是通過(guò)有節(jié)奏的激光脈沖轟擊原子來(lái)增加時(shí)間對(duì)稱性。研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)不是只有一次對(duì)稱性，而是通過(guò)有序但不重復(fù)的激光脈沖來(lái)增加兩次對(duì)稱性。
雖然周期性激光脈沖會(huì)交替（A、B、A、B、A、B等），但研究人員基于斐波納契序列創(chuàng)建了一種準(zhǔn)周期激光脈沖方案。在這樣的序列中，序列的每個(gè)部分是前面兩個(gè)部分（A、AB、ABA、ABAAB、ABAABABA等）的總和。這種排列，就像時(shí)間準(zhǔn)晶體一樣，是有序的，沒(méi)有重復(fù)，而且是一種被擠壓成單一維度的2維圖案。這種維度扁平化理論上導(dǎo)致了兩個(gè)時(shí)間對(duì)稱性，而不是只有一個(gè)：系統(tǒng)本質(zhì)上從一個(gè)不存在的額外時(shí)間維度獲得了額外的對(duì)稱性。
研究人員周期性地使用基于斐波納契數(shù)列的序列向計(jì)算機(jī)的量子比特發(fā)出激光脈沖。重點(diǎn)放在10個(gè)原子陣容兩端的量子比特上，這就是研究人員希望看到的物質(zhì)的新階段同時(shí)經(jīng)歷兩個(gè)時(shí)間對(duì)稱性的地方。在周期性測(cè)試中，邊緣量子比特保持量子狀態(tài)約1.5秒。在準(zhǔn)周期模式下，量子比特在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持量子狀態(tài)，大約5.5秒。
（《科技日?qǐng)?bào)》2022年7月20日第 4 版）
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