研制新型量子计算机 可克服量子计算面临的扩展问题

据物理学家组织网近日报道，瑞典和奥地利物理学家携手，研制出了单量子比特里德伯门，这是新型量子计算机——囚禁里德伯离子量子计算机的首个基本元件。最新研究证明了建造这种量子计算机的可行性，其有潜力克服目前的量子计算方法面临的扩展问题。

目前，量子计算机面临的最大问题之一是，如何增加每个逻辑门中发生纠缠的量子比特的数量，这对于开发出实用的量子计算设备至关重要。升级之所以困难，部分原因在于囚禁离子的系统内常用的多量子比特逻辑门，会随着量子比特数量的增加而遭遇“频谱拥挤”问题。然而，囚禁里德伯离子的系统不受频谱拥挤问题的影响，这就表明，以囚禁的里德伯离子作为量子比特而研制的量子计算机，或许能成为升级能力更强的量子计算机。

研究人员在最新一期《物理评论快报》上发表论文称，他们建造出了首个单量子比特里德伯门。为了做到这一点，需要造出单个离子的里德伯相干激发。他们首先以囚禁于陷阱中的一个锶离子开始，接着使用激光将离子从低量子态激发到第一激发态，再将其激发到更高能的里德伯态。

实验的关键之处在于，里德伯态采用相干方式获得，这对于建造多量子比特里德伯门至关重要。研究人员将相干的里德伯激发与量子操控方法相结合，展示了单量子比特里德伯门。他们估计，可将这一单量子比特系统扩展到两个量子比特的系统，未来还可以添加更多量子比特。

除了潜在的升级优势，基于囚禁的里德伯离子而研制的量子计算机还拥有其他优势，包括能更好地控制量子比特、门运算速度更快等，他们将进一步研究这些可能性。

研究负责人杰拉德·希金斯表示：“接下来，我们将测量两个里德伯离子之间强烈的相互作用，并让其发生纠缠，囚禁的里德伯离子有潜力生成非常大的纠缠态。”