俄、德科學家創造出「不可能」的量子計算機材料

由俄羅斯國立科技大學超導超材料實驗室負責人Alexei Ustinov教授指導的研究人員創造了世界上第一個基於超材料的「鏡像」量子比特(mirror qubit)，它可以用作超導電子線路的控制元件。

俄羅斯國立科技大學的科學家與來自德國卡爾斯魯厄大學和耶拿萊布尼茨光子學技術研究所(Leibniz Institute of Photonic Technology in Jena)的研究人員，共同合作取得了這項突破性進展。

量子計算的出現和量子比特的產生早已被認定為可以創造元原子構成的材料，其狀態只能通過量子力學原理來定義，而不是經典物理方程。一直以來，這些想法仍然局限於理論領域，因為它們需要創造特殊的量子比特。

MISiS實驗室研究員基里爾·舒爾加（Kirill Shulga）解釋說：「一個典型的量子比特由一個包含三個約瑟夫森結的方案組成，指的是由用於構建傳統量子比特的兩個超導電極組成的量子力學器件。」

但另一方面，俄羅斯和德國研究人員的新「鏡像」超材料設備「有五個過渡，與中軸對稱」，舒爾加補充說，「我們可以把鏡像量子比特想像成一個比普通的超導量子比特更複雜的系統。」

圖：鏡像量子比特鏈的顯微照片，分別為每厘米表示5微米和每厘米表示20微米的解析度。圓圈表示約瑟夫森結進入一個單一的量子比特。

科學家指出：「這裡的邏輯很簡單，用一個複雜的系統，其空間自由度更大，影響其性質的因素也更多。改變我們的超材料的一些外部環境參數，能夠靈活打開和關閉這些屬性，將鏡像量子比特從一種基本狀態轉移到另一種基本屬性。」

在實驗過程中，研究人員發現鏡像量子比特的超材料可以在兩種模式之間切換：首先，量子比特鏈允許電磁輻射在微波範圍內自由通過，同時保持一個量子元件。第二，它鎖定了電磁波的通道，同時又構成一個量子系統。

正如MISiS實驗室工程師Ilya Besedin所述，在磁場的幫助下，這種超材料可以被用作在現在正在開發的量子計算機各種線路中傳輸量子信號（即單個光子）的系統中的控制元件。

圖：MISiS超材料實驗室工程師Ilya Besedin

由於鏡像量子比特比傳統量子比特複雜幾倍，所以這種複雜性理論上可以匹敵甚至超越現代電子計算機的能力，因此這種系統可以用作量子模擬器。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！