新型量子計算機首個基本元件問世

據物理學家組織網近日報道，瑞典和奧地利物理學家攜手，研制出了單量子比特里德伯（Rydberg）門，這是新型量子計算機——囚禁里德伯離子量子計算機的首個基本元件。最新研究證明了建造這種量子計算機的可行性，其有潛力克服目前的量子計算方法面臨的擴展問題。

目前，量子計算機面臨的最大問題之一是，如何增加每個邏輯門中發生糾纏的量子比特的數量，這對于開發出實用的量子計算設備至關重要。升級之所以困難，部分原因在于囚禁離子的系統內常用的多量子比特邏輯門，會隨著量子比特數量的增加而遭遇“頻譜擁擠”問題。然而，囚禁里德伯離子的系統不受頻譜擁擠問題的影響，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算機，或許能成為升級能力更強的量子計算機。

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

實驗的關鍵之處在于，里德伯態采用相干方式獲得，這對于建造多量子比特里德伯門至關重要。研究人員將相干的里德伯激發與量子操控方法相結合，展示了單量子比特里德伯門。他們估計，可將這一單量子比特系統擴展到兩個量子比特的系統，未來還可以添加更多量子比特。

除了潛在的升級優勢，基于囚禁的里德伯離子而研制的量子計算機還擁有其他優勢，包括能更好地控制量子比特、門運算速度更快等，他們將進一步研究這些可能性。

研究負責人杰拉德·希金斯表示：“接下來，我們將測量兩個里德伯離子之間強烈的相互作用，并讓其發生糾纏，囚禁的里德伯離子有潛力生成非常大的糾纏態。”