武汉新闻网—湖北武汉综合门户网站

武汉新闻网—湖北武汉综合门户网站

武汉新闻网是湖北知名的新闻资讯网站,每天为武汉广大网民提供热点资讯,都市新闻,社会民生,财经频道,娱乐八卦,文化体育,汽车专栏,天下奇闻等,是武汉网民获取最新资讯的重要综合新闻门户网站

菜单导航
武汉新闻网 > 健康生活 > 正文

研究人员通过使分子与原子纠缠来建立混合量子系统

作者: 武汉新闻网 更新时间: 2020年05月24日 19:36:18 游览量: 66

简述:

美国国家标准技术研究院的物理学家通过连接或缠结带电原子和带电分子,增强了他们在量子水平上对分子基本性能

美国国家标准技术研究院的物理学家通过连接或“缠结”带电原子和带电分子,增强了他们在量子水平上对分子基本性能的控制,展示了一种构建可混合的量子信息系统的方法。操作,存储和传输不同形式的数据。

研究人员通过使分子与原子纠缠来建立混合量子系统

在5月20日在线发布的《自然》杂志上描述了这种新的NIST方法,它可以基于不兼容的硬件设计和工作频率,通过连接量子位(qubit)来帮助构建大规模量子计算机和网络。混合平台量子系统可以像常规计算机系统一样提供多功能性,例如,可以在电子处理器,光盘和磁性硬盘驱动器之间交换数据。

NIST实验成功地将原子离子中电子的性质与分子的旋转状态纠缠在一起,因此对一个粒子的测量将控制另一个粒子的性质。该研究基于同一小组在2017年对分子进行量子控制的演示,该演示将长期用于操纵原子的技术扩展到由分子提供的更复杂且可能更富有成果的竞技场,该竞技场由多个键合在一起的原子组成。

分子具有各种内部能级,例如原子,但也以许多不同的速度和角度旋转和振动。因此,分子可以通过在每秒几千到几万亿个周期的宽范围的量子位频率之间转换量子信息来充当量子系统中的介体。通过振动,分子可以提供更高的量子位频率。

NIST物理学家James(Chin-wen)Chou表示:“我们证明了原子离子和分子离子之间存在纠缠,并且还显示了分子中存在大量的qubit频率选择。”

量子位以两个不同的量子状态(例如原子中的低能级和高能级)表示数字数据位0和1。量子位也可以同时存在于两个状态的“叠加”中。NIST研究人员将钙原子离子的两个能级与氢化钙分子离子的两个不同的旋转状态对缠结在一起,氢化钙分子离子是结合到氢原子上的钙离子。分子量子位的跃迁频率(两个旋转状态之间的循环速度)要么是13.4千赫兹(kHz,每秒几千个周期)的低能量,要么是每秒8550亿周波(千兆赫或GHz)的高能量。

周说:“分子提供了一系列的跃迁频率,我们可以从许多类型的分子中进行选择,因此,这是我们可以带入量子信息科学的很大范围的量子比特频率。” “我们正在利用自然界中发现的过渡,因此每个人的结果都是相同的。”

实验使用了具有不同强度,方向和脉冲序列的蓝色和红外激光束的特定公式来冷却,纠缠和测量离子的量子态。

首先,NIST研究人员将这两个离子捕获并冷却到最低能量状态。这对夫妇由于彼此的物理距离和正电荷而互相排斥,并且排斥力就像是弹簧,阻止了它们的运动。激光脉冲为分子的旋转增加了能量,并形成了低能和高能旋转状态的叠加,这也引起了共同的运动,因此这两个离子开始在同一方向上以相反的方向摇摆或摆动。

因此,分子的旋转与其运动纠缠在一起。更多的激光脉冲利用了两个离子的共享运动来将原子离子诱导成低能级和高能级的叠加。这样,纠缠从运动转移到包围原子。研究人员通过在其上照射激光并测量其荧光或散射的光量来确定原子离子的状态。

NIST的研究人员通过两组分子的旋转特性演示了该技术,低能对(量子位)成功地实现了87%的纠缠,高能对成功地实现了76%的纠缠。在低能情况下,分子以两个略微不同的角度旋转(如顶部),但同时处于两种状态。在高能情况下,分子以两个速率同时旋转,但速度相差很大。

2017年实验中显示的量子逻辑技术使这项新工作成为可能。研究人员施加了红外激光脉冲,以驱动该分子的100多种可能的旋转状态中的两种之间切换。研究人员知道发生这种转变是因为一定量的能量被添加到两个离子的共享运动中。研究人员知道离子是根据原子离子发出的光信号纠缠在一起的。

新方法可用于由不同元素组成的各种分子离子,从而提供了多种qubit特性选择。

该方法可以连接以不同频率工作的不同类型的量子位,例如原子和超导系统或光粒子,包括电信和微波组件中的那些。除了在量子信息中的应用外,新技术还可用于制造量子传感器或执行量子增强化学。

文章链接://jksh/39877.html

文章标题:研究人员通过使分子与原子纠缠来建立混合量子系统