微型驅動機械振蕩器可能會讓微波和光學量子交換

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像傳統計算機一樣，研究人員仍在尋找實現量子計算機的好方法。研究人員想要建造的方向不是那麼多，更多的是尋找正確的材料來創建可擴展的量子計算機的問題。,雖然許多人會對此產生爭議 ，使用超導材料循環中的電流。但是它依舊是這個領域的領導者 這具有基於非常傳統的製造工藝的優點。而且正由於它是製造的，許多屬性都受到設計控制。

這導致相當快速的進展，但是有一個限制：長途通信。量子計算機需要能夠與其他量子計算機進行通信，即使與同一量子計算機的其他部分也是如此。但是超導環路都以微波的聲調相互通訊，微波的能量很低，容易中斷。然而現在，使用可見光在量子位之間傳輸量子信息的途徑已經開放。這可能會改變基於超導電流的量子計算機的發展。

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量子計算機中的基本信息單位是量子位。這不是一個類似的一點，它有兩個可能的值之一：一個或零。雖然量子位具有兩個量子態，我們將其標記為一個和零，但是考慮存儲一個或零的量子位是不正確的。它是更正確的認為它是存在一個和零。

就個人而言，我認為量子比特代表概率更為有用，更確切地說，是概率幅度（因為不同的概率，那些可能是負的或複雜的）。在測量之前，量子位保持其狀態的測量將導致一個（或零）的概率。計算不直接在一個或零個值上執行，但它們修改在計算完成後獲得一個或零個概率。

超導量子位依賴於超導材料的微小環路，在環路中具有微小的斷裂，稱為超導量子干涉器件（SQUID）。在這樣一個循環中的當前值不能佔用任意值，而是逐步增加。我們今天談論的量子位是以循環中的電流量編碼的。（當前可以順時針或逆時針方向，向設備添加第二個可能位。）

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很驚奇的是，SQUID中的電流可以通過微波頻率進行電子設置和讀取。不樂觀的是SQUID中的電流受到任何雜散微波場的影響。通過觀察小規模量子計算機的運行情況已經充分證明了這一點。每個量子位，單獨執行，表現非常好。如果您應用微波場來設置特定的量子位狀態，則它的工作原理非常高（約98％的時間）。

但是計算機是基於多個量子位。每個量子位影響其他量子，所以設置量子位狀態所需的微波脈衝的確切形狀以不可預知的方式通過附近量子位的存在而改變。因此在多重量子位計算過程中執行的操作只有大約90％的成功概率。在這些成功率下，量子位處於完全意外的狀態之前並不需要太多的操作。

最近研究人員已經展示了將SQUID量子位耦合到光頻率的第一步。

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彈跳量子位

訣竅是使用SQUID來驅動機械振蕩器 （想到一個小鼓或蹦床）這存在很大難度和複雜性，因為它們的頻率不匹配。設想鞦韆要擺動搖擺，你必須及時推動搖擺動作。但即使是高頻機械振蕩器，振蕩頻率也只有幾兆赫茲; SQUID的頻率為幾GigaHertz。為了克服這個問題，研究人員使用了一個叫做參數擴增的技巧。基本上SQUID發射單個微波光子。該光子與強大的微波信號組合，其頻率偏離了SQUID的機械振蕩器的頻率。

這兩個信號被混合，並且產生具有兩者之間的差異的頻率的光子。這被機械振蕩器吸收，這些表現令人興奮，現在這是已知的與傳統信號一起工作，它通常用於將音頻信號（千赫茲）取代到舊模擬手機所需的微波範圍。該技術也常用於採取特別弱的信號，並將其放大到可檢測性的程度。

然而，尚不清楚在這些條件下是否保留微波光子的量子位性質。

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不確定性的確定性

新研究背後的團隊表明，機械鼓的振動模式可以保持量子位狀態。我不會在這裡論述過多的細節，但它與不確定性原則有關。在量子力學中，屬性經常成對地批匹配，不能同時測量到任意精度：測量一個精確地定義它的行為使其還不確定。

現在，我們對量子位的定義是，我們使用兩個狀態來表示一個和零。如果我們把一個量子位放在一個狀態，那就是一個非常明確的狀態。這意味著量子系統的一些其他屬性剛剛變得非常不確定。另一方面，如果我們設置量子位狀態，使它有一個50％的機率（佔50％的零），那麼我們在量子位狀態中引入了最大可能的不確定性。在這種情況下，其他一些數位已經非常明確。

只要量子態得到適當的保存，這種關係就會持續下去。如果量子態丟失，那麼這些狀態將崩潰到每個屬性的一些平均不確定性。

在我們的SQUID量子位的情況下，量子位狀態由微波光子的存在或不存在而定義。沒有光子等於零，一個光子等於1。這就意味著量子位被編碼在微波場的幅度上。不確定性原則將其與該階段相結合。研究人員測量機械振蕩器的振幅和相位的雜訊，因為它們向其發送了不同的量子位狀態。這些狀態的雜訊顯示出令人信服的量子位狀態轉移到機械振蕩器。

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我的激光在哪裡？

我們已經知道我們可以將機械振蕩器耦合到光場。新的結果意味著我們可以使用振蕩器作為中介，允許量子位狀態從SQUID轉移到光。有了光，我們可以把它們轉移到任何東西上。

SQUID對於進行計算非常方便，但是它們對於內存是驚人的。並且它們用於耦合的微波對於長距離通信量子位實際上是無用的。光電頻率，特別是電信範圍（思考光纖通信）的光線，對於整個遠距離通信事物來說是完美的。還有一系列量子位系統，如原子，離子和氮空位中心（僅舉幾例），它們更好地存儲量子位，並且這些具有通過光學頻率彼此交流的附加優點。該設備可能是所有這些不同類型架構之間的橋樑。

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這項研究可能表明，我們正在擺脫為量子計算找到最不利架構的所有優點。這是一個工程師會困擾的想法，因為它本來就比較複雜。然而，這個想法可能需要最終得到一個實用的量子計算機。

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