UCR使用3D打印离子阱实现可伸缩的量子计算项目

航空航天军工能源
2020
03/16
10:07
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来源:未知大陆

据了解,在获得375万美元的Multicampus-National Lab合作研究和培训奖之后,加州大学河滨分校(UCR)将领导一个致力于实现可扩展量子计算的项目。双方的合作将得到加州大学伯克利分校,加州大学洛杉矶分校和加州大学圣塔芭芭拉分校的支持,UCR担任项目协调员。

可扩展量子计算
量子计算目前尚处于起步阶段,但在未来几年中,它将远远超出传统计算的功能。量子计算机有望胜任诸如复杂的模型建模,找到大质数以及设计用于医学用途的新化合物等密集任务。

量子信息以量子位或量子位的形式存储在量子计算机上。这意味着量子系统可以同时以两种不同状态存在,而传统的计算系统一次只能以一种状态存在。当前的量子计算机的量子位有限,因此,为了使量子计算实现其真正的潜力,新系统将必须具有可伸缩性,并包含更多的量子位。

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IBM的量子计算机-最早开发的量子计算机之一

“这项合作项目的目标是为量子计算建立一个真正的可扩展至许多量子位的新颖平台,”加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授,为期三年项目的首席首席研究员Boerge Hemmerling说。“当前的量子计算技术离实验控制容错计算所需的大量量子比特还很遥远。这与传统计算机芯片在经典计算中所取得的成就形成了鲜明的对比。”

3D打印的离子阱微结构
研究团队将使用劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)可获得的先进3D打印技术,为新型量子计算机制造微结构离子阱。这些离子在阱中移动时,将使用离子来存储量子位,并传递量子信息。根据UCR,捕获离子具有实现可伸缩量子计算的最佳潜力。

除UCR外,加州大学伯克利分校还将通过离子阱实现高保真量子门。加州大学洛杉矶分校将把光纤与离子阱集成在一起,加州大学圣塔芭芭拉分校将在低温环境中对离子阱进行测试,并展示离子串的穿梭性,而劳伦斯伯克利国家实验室将用于表征和开发新材料。 UCR的项目协调员将开发简化的冷却方案,并研究用阱捕获电子的可能性。

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劳伦斯·利弗莫尔国家(3D打印)实验室

Hemmerling说:“我们在这里有一个独特的机会,可以加入UC系统内的各个小组,并结合他们的专业知识,以取得比单个小组所能达到的更大的成就。” “我们预计,就离子的存储时间以及维持和操纵量子信息的能力而言,微结构3D打印离子阱将比迄今为止使用的离子阱性能更好。”

他补充说:“最重要的是,我们的构想结构将可扩展,因为我们计划构建互连离子阱的阵列,类似于非常成功的传统计算机芯片设计。我们希望将这些新颖的3D打印离子阱作为量子计算的标准实验室工具,对当前使用的技术进行重大改进。”

海默林的总结性言论说明,许多量子计算方法尽管非常有前途,但却未能提供可用于处理复杂任务的可扩展平台。如果要制造适用的机器,则必须考虑新的路线,从UCR的可扩展计算项目开始。

涉及3D打印的早期量子技术工作为UCR的未来项目铺平了道路。当冷却到接近0K时,原子粒子的量子特性开始变得明显。就在去年,增材制造研发公司Added Scientific 3D打印出了第一个能够捕获冷原子云的真空室。在其他地方,两光子AM系统制造商Nanoscribe推出了具有微光学功能的新机器QuantumX。该公司希望其系统在将量子技术提升到工业水平方面很有用。



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