结合微波与激光量子计算机研究再进一步

美国国家标准与技术研究院(NIST)又在量子计算机的研究上迈进一步，该机构成功结合微波(microwaves)与偏振激光(polarized lasers)，对单独量子位(quantum bits，qubits,)进行读写。研究人员并表示将把所研发的原型技术应用到可一台可运作的量子计算机。
“我们利用微波来进行读与写，偏振雷射光则是用来选取将被读取或是写入的原子；”NIST旗下联合量子研究所(Joint Quantum Institute)的Trey Porto表示。
量子计算机据说能协助解开许多今日的难题。透过对量子位进行编码，能同时代表0或是1──这个原理称为叠加(superposition)；因此量子计算机能省略许多一般计算机所需的步骤，连续地筛选每个可能的运算值。
而量子计算机技术的挑战，则在于如何在不扰乱让量子位有用处、却很脆弱的叠加状态之情况下，控制该种计算机的处理步骤。这对相邻近的量子位来说尤其棘手，因为每当对单个量子位进行读写，就会扰乱邻近量子点的状态。



用激光学晶格(蓝色)来隔离与控制铷原子(红色)
NIST的研究人员声称已经找到解决以上问题的一种方法，即利用偏振激光束的精确度来选择原子；这种方法能让个别量子位被微波读写，又不扰乱邻近量子位的状态。
研究人员是将一个个单独的铷原子(rubidium atoms)，放置在用激光束做成的光学晶格(optical lattice)，在量子能源状态(quantum energy states)下储存量子位。铷元子能产生8种不同的能源状态，NIST的研究团队选择了两种“记忆”状态来代表0与1。
该研究团队接下来选择第二组的“控制”能源状态，做为前面“记忆”组的闸门；而透过将“记忆”与“控制”组内的量子位相互交替，研究人员就能在不打扰邻近量子位的状态下，进行对个别量子位的读写。
“利用微波，可控制铷原子在记忆与控制状态间转换；”Porto表示：“偏振激光则用以选择要转换状态的原子。而用以转换铷原子状态的微波脉冲，允许个别控制单独的铷原子。”目前NIST正试图将这种技术应用在实际的量子计算机中。