加州大學計劃3D打印離子阱，實現可擴展的量子計算
時間：2020-03-16 13:25 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
什么是量子計算？
量子計算是當前最前沿的一項技術，目前尚處于起步階段，但在未來幾年中，它將遠遠超出傳統計算的功能。量子計算機有望勝任諸如復雜的模型建模，找到大質數以及設計用于醫學用途的新化合物等任務。
量子信息以量子位的形式存儲在量子計算機上。這意味著量子系統可以同時以兩種不同狀態存在，而傳統的計算系統一次只能以一種狀態存在。當前的量子計算機的量子位有限，因此，為了使量子計算實現其真正的潛力，新系統將必須具有可伸縮性，并包含更多的量子位。
加州大學河濱分校（UCR）將領導研究“可擴展量子計算”的項目。加州大學河濱分校物理學和天文學助理教授Boerge Hemmerling說：“這個項目的目標是為量子計算建立一個真正的可擴展至許多量子位的新穎平臺，當前的量子計算技術離實驗控制容錯計算所需的大量量子比特還很遙遠。這與傳統計算機芯片在經典計算中所取得的成就形成了鮮明的對比。”
3D打印的離子阱微結構
研究團隊將使用勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的先進3D打印技術，為新型量子計算機制造微結構離子阱。這些離子在其陷阱中移動時，將使用離子來存儲量子位，并傳遞量子信息。根據UCR的描述，捕獲離子具有實現可伸縮量子計算的最佳潛力。
除UCR外，加州大學伯克利分校還將通過離子阱實現高保真量子門。加州大學洛杉磯分校將把光纖與離子阱集成在一起，加州大學圣塔芭芭拉分校將在低溫環境中對離子阱進行測試，并展示離子串的穿梭性，而勞倫斯伯克利國家實驗室將表征和開發新材料。 UCR的項目協調員將開發簡化的冷卻方案，并研究用阱捕獲電子的可能性。
Hemmerling說：“我們有一個獨特的優勢，加州大學各個分校的小組，都有自己的專業知識，我們聯合起來可以取得比單個小組所能達到的更大的成就。我們預計，就離子的存儲時間以及維持和操縱量子信息的能力而言，微結構3D打印離子阱將比迄今為止使用的其他離子阱性能更好。”
他補充說：“我們計劃構建互連陷阱的陣列，類似于非常成功的傳統計算機芯片設計。我們希望將這些新穎的3D打印陷阱作為量子計算的標準實驗室工具，對當前使用的技術進行重大改進。”
Hemmerling的總結性言論說明，許多量子計算方法盡管非常有前途，但卻未能提供用于處理復雜任務的可擴展平臺。如果要制造適用的機器，則必須考慮新的方法。
量子計算是當前最前沿的一項技術，目前尚處于起步階段，但在未來幾年中，它將遠遠超出傳統計算的功能。量子計算機有望勝任諸如復雜的模型建模，找到大質數以及設計用于醫學用途的新化合物等任務。
量子信息以量子位的形式存儲在量子計算機上。這意味著量子系統可以同時以兩種不同狀態存在，而傳統的計算系統一次只能以一種狀態存在。當前的量子計算機的量子位有限，因此，為了使量子計算實現其真正的潛力，新系統將必須具有可伸縮性，并包含更多的量子位。
△IBM的System One –最早開發的量子計算機之一
加州大學河濱分校（UCR）將領導研究“可擴展量子計算”的項目。加州大學河濱分校物理學和天文學助理教授Boerge Hemmerling說：“這個項目的目標是為量子計算建立一個真正的可擴展至許多量子位的新穎平臺，當前的量子計算技術離實驗控制容錯計算所需的大量量子比特還很遙遠。這與傳統計算機芯片在經典計算中所取得的成就形成了鮮明的對比。”
3D打印的離子阱微結構
研究團隊將使用勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的先進3D打印技術，為新型量子計算機制造微結構離子阱。這些離子在其陷阱中移動時，將使用離子來存儲量子位，并傳遞量子信息。根據UCR的描述，捕獲離子具有實現可伸縮量子計算的最佳潛力。
除UCR外，加州大學伯克利分校還將通過離子阱實現高保真量子門。加州大學洛杉磯分校將把光纖與離子阱集成在一起，加州大學圣塔芭芭拉分校將在低溫環境中對離子阱進行測試，并展示離子串的穿梭性，而勞倫斯伯克利國家實驗室將表征和開發新材料。 UCR的項目協調員將開發簡化的冷卻方案，并研究用阱捕獲電子的可能性。
△勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的3D打印實驗室，圖片來自LLNL
Hemmerling說：“我們有一個獨特的優勢，加州大學各個分校的小組，都有自己的專業知識，我們聯合起來可以取得比單個小組所能達到的更大的成就。我們預計，就離子的存儲時間以及維持和操縱量子信息的能力而言，微結構3D打印離子阱將比迄今為止使用的其他離子阱性能更好。”
他補充說：“我們計劃構建互連陷阱的陣列，類似于非常成功的傳統計算機芯片設計。我們希望將這些新穎的3D打印陷阱作為量子計算的標準實驗室工具，對當前使用的技術進行重大改進。”
Hemmerling的總結性言論說明，許多量子計算方法盡管非常有前途，但卻未能提供用于處理復雜任務的可擴展平臺。如果要制造適用的機器，則必須考慮新的方法。
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