量子力学,亚原子粒子和计算

在我硕士EPFL瑞士,我第一次能够完全欣赏子原子粒子的不可思议的世界。这里,经典牛顿提出的法律失败,一个完全不同的物理框架称为量子力学需要了解这个奇妙世界的运作。这个世界充满了怪异的影响像粒子同时存在多个州,穿过墙壁等的能力。正如伟大的丹麦物理学家尼尔·玻尔奠定了基础的量子力学在1920年代恰当地把它:

“人不是震惊量子理论并没有理解它!”

快进到今天,科学家不仅获得了大量的(注意:我没有说完成)的理解量子世界但在什么被认为是最伟大的人类的创造力和企业的例子,但也开始利用量子“古怪”复杂的计算。

量子门和量子比特是什么?

让我们退一步欣赏它的影响。现代计算(是的,我的意思是每个设备在靠近你现在)使用经典比特值0或1。使用大量的比特和控制方式(逻辑门)使所有经典的计算。量子比特或量子位允许其状态存在于0、1和0和1的状态状态,这些国家在技术上被称为叠加状态。使用量子门由量子位可以创建一个叠加态和并行编码信息在这些国家。为了理解这个的深远影响和纯粹的力量能够并行编码信息让我们考虑一个例子的问题。桌子上有四张牌。他们三个是相同的红心国王和王后。现在的卡片打乱,把脸放在桌子上,目标是找到女王。你会如何(顺便说一句经典计算机)去呢? It would have to be something like: open card one, then the other etc. Considering the queen can either be found on the first or the fourth attempt, with some simple math you can deduce that it would take around 2.5 attempts on average to do find the queen over many attempts to find it. In contrast using a 2 qubit system this can be done in a single attempt! While this experiment might not sound ground breaking let’s look at a more complex problem, say factoring a large prime number 129 digits long, this happens to form the back bone of today’s online encryption protocols. A classical computer would take an extremely long time to factor such numbers into its prime components (keys) which is why it is considered secure. In fact it took 8 months and 1,600 internet users to crack RSA129, a quantum computer can do this in seconds!

虽然网络安全是有趣的科学家已经研究办法(读到量子密钥分发(QKD)如果你想知道更多),它的影响将是大多数在药物发现中的应用,金融风险管理,人工智能,最重要的是理解量子科学本身!理查德·费曼指出他在著名的加州理工学院的讲座,我们需要量子物体模拟量子物理学。

我们如何让量子位元?

这是挑战所在。量子系统本质上是变化无常的,甚至改变其状态和扰动很小。隔离和控制量子位的量子态和最大化其存在的时间之前崩溃成一个经典状态是量子计算研究和技术发展的核心。今天在玩有几种不同的技术:

为高质量的量子设备网络研讨会:制造过程

1。离子陷阱:离子或原子局部电场或激光束。这适用于几量子位但扩展困难和挑战在于初始化,控制和测量的大阵困离子。
2。核自旋量子比特:这里的信息编码在核自旋状态。这可以通过植入在原子掺杂物。虽然本质上难以扩大,因为它需要确定性制造的耦合自旋,在这个方向上正在取得进展。
3所示。光子量子比特:偏振的光在光子是用来进行计算。这通常需要复杂的仪器在受控环境但进展基于硅光子学方法承诺一个伟大的扩展潜力。该技术的主要优势是随机噪声的低水平相比浓缩板牙量子位
4所示。超导量子比特:利用约瑟夫森结在超导材料创建阶段,收费或通量量子位(今天还存在其它口味),这是最常用的量子位的量子计算研究。
5。拓扑量子位保护:这些量子位的凝聚态版本目前在早期研究使用某些属性的材料来保护亚原子粒子的量子态。一些流行的方法包括semiconductor-superconductor连接和拓扑绝缘体创建和操作很奇怪,但引人入胜的粒子称为马约喇纳费米子。

量子技术的未来

很明显,量子计算技术已经到来,但在其发展的早期阶段。在牛津bob平台下载手机版仪器我们正在研究一些技术帮助这个不可思议的进步而强大的技术。在等离子体技术,我们启用超导氮化铌等材料的加工通量量子位的制造以及单光子探测器。我们也有大量的专业知识对芯片光子学在设备制造过程中,固体激光器和沉积的同时具有电介质量子位制造。bob平台下载手机版牛津仪器还使量子计算提供必要的低温环境和测量技术以及极其高效的单光子探测器光子量子计算的途径。我们将会很高兴帮助你与你的量子计算挑战所以请与我们取得联系plasma-experts@oxinst.com或访问plasma.oxinst.com

作者:拉维博士他