如今，量子計(jì)算的發(fā)展來(lái)到了一個(gè)臨界點(diǎn)，開(kāi)始解決其他更傳統(tǒng)的方式無(wú)法高效計(jì)算甚至無(wú)法計(jì)算的重要問(wèn)題。而近日，瑞典和奧地利物理學(xué)家釋放了這方面的潛能，實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍，他們攜手研制出了單量子比特里德伯(Rydberg)門，這是新型量子計(jì)算機(jī)——囚禁里德伯離子量子計(jì)算機(jī)的首個(gè)基本元件。最新研究證明了建造這種量子計(jì)算機(jī)的可行性，其有潛力克服目前的量子計(jì)算方法面臨的擴(kuò)展問(wèn)題。

目前，量子計(jì)算機(jī)面臨的最大問(wèn)題之一是，如何增加每個(gè)邏輯門中發(fā)生糾纏的量子比特的數(shù)量，這對(duì)于開(kāi)發(fā)出實(shí)用的量子計(jì)算設(shè)備至關(guān)重要。升級(jí)之所以困難，部分原因在于囚禁離子的系統(tǒng)內(nèi)常用的多量子比特邏輯門，會(huì)隨著量子比特?cái)?shù)量的增加而遭遇“頻譜擁擠”問(wèn)題。然而，囚禁里德伯離子的系統(tǒng)不受頻譜擁擠問(wèn)題的影響，這就表明，以囚禁的里德伯離子作為量子比特而研制的量子計(jì)算機(jī)，或許能成為升級(jí)能力更強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)。

研究人員在最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表論文稱，他們建造出了首個(gè)單量子比特里德伯門。為了做到這一點(diǎn)，需要造出單個(gè)離子的里德伯相干激發(fā)。他們首先以囚禁于陷阱中的一個(gè)鍶離子開(kāi)始，接著使用激光將離子從低量子態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，再將其激發(fā)到更高能的里德伯態(tài)。

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之處在于，里德伯態(tài)采用相干方式獲得，這對(duì)于建造多量子比特里德伯門至關(guān)重要。研究人員將相干的里德伯激發(fā)與量子操控方法相結(jié)合，展示了單量子比特里德伯門。他們估計(jì)，可將這一單量子比特系統(tǒng)擴(kuò)展到兩個(gè)量子比特的系統(tǒng)，未來(lái)還可以添加更多量子比特。

除了潛在的升級(jí)優(yōu)勢(shì)，基于囚禁的里德伯離子而研制的量子計(jì)算機(jī)還擁有其他優(yōu)勢(shì)，包括能更好地控制量子比特、門運(yùn)算速度更快等，他們將進(jìn)一步研究這些可能性。

研究負(fù)責(zé)人杰拉德·希金斯表示：“接下來(lái)，我們將測(cè)量?jī)蓚€(gè)里德伯離子之間強(qiáng)烈的相互作用，并讓其發(fā)生糾纏，囚禁的里德伯離子有潛力生成非常大的糾纏態(tài)?！?/span>