美國首次用微波讓兩個獨立離子發生量子糾纏 _美國

據美國物理學家組織網8月11日（北京時間）報道，美國科學家首次用微波替代常用的激光束，讓兩個獨立的離子（帶電原子）發生量子糾纏，這表明，智能手機中采用的微型化商用微波技術可取代量子計算機要求的房間大小的“激光器陣列”，這將大大減小量子計算機的“塊頭” 。最新研究發表在8月11日出版的《自然》雜志上。
量子計算機主要利用量子物理學的“奇異”規則來解決某些問題，量子糾纏對量子計算機的信息傳輸和糾錯至關重要。離子可作為量子位（量子計算機中的最小信息單位）來存儲信息。盡管包括超導電路（人造原子）等在內的量子位的其他“候選者”也能被微波在芯片上操作，但實驗表明，離子量子位的表現更好，因為當粒子數量增加時，對離子進行控制的精確度更高且信息損失更少。
量子糾纏是多個粒子聯動的狀態，到目前為止制出量子糾纏需要高功率激光等大型裝置。而微波作為無線通訊的載體，同復雜且昂貴的激光源相比，微波元件更容易擴展和升級，以便科學家制造出利用成千上萬個離子進行量子計算和模擬的實用設備。
此前，科學家們已成功使用微波實現了對單個離子的操控。現在，國家標準與技術研究院（NIST）的科研團隊首次借用微波讓單個鎂離子的“自旋”發生旋轉并讓一對離子自旋發生了糾纏。該研究的合作者、NIST的物理學家迪特里希·萊布弗里得稱，這是一套常見的量子邏輯操作，旋轉和糾纏可按順序組合以執行量子力學許可的任何計算。
在實驗中，兩個離子被電磁場“扣住”并在一個由鍍在氮化鋁襯墊物上的金電極組成的離子陷阱芯片上盤旋。有些電極會被激活，在離子周圍制造出頻率介于1GHz到2GHz之間、振動的微波輻射脈沖，微波產生了讓離子自旋發生旋轉的磁場。離子自旋能被看作是指向不同方向的細小條形磁鐵，這些磁鐵的方向是一種量子屬性，可用來表達信息。
使用微波減少了因激光束指向、能量以及被離子誘導的激光器自發發射的不穩定所導致的錯誤。然而，科學家們仍然需要改進微波操作才能使實際的量子計算或量子模擬成為可能。在實驗中，76%的時間發生了量子糾纏，超過了定義量子屬性發生所要求的50%這個最低值，但仍然無法與由激光器操作離子達到的最高值99.3%相抗衡。
萊布弗里得表示：“最終，一臺中等大小的量子計算機或許看起來由一部智能手機與激光筆一樣的設備結合在一起形成，復雜的量子計算機可能和普通臺式機一樣大。”
【美國首次用微波讓兩個獨立離子發生量子糾纏】
科技日報劉霞