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    物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

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    • Lv.8碳纳米管
      B
      居里夫人

      量子控制方面的最新发现,这可能会实现基于量子力学的超快量子计算:光诱导无能隙超导,超导电流的量子节拍。太赫兹和纳米尺度的物质和能量的量子世界(每秒几万亿次周期和十亿分之一米)对我们大多数人来说仍然是一个谜。爱荷华州立大学物理学和天文学教授王继刚(音译)说:我喜欢研究超导率超过千兆赫(每秒数十亿次)的量子控制,这是目前最先进的量子计算应用瓶颈。

      物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

      其研究研究得到了Army research Office的支持,使用太赫兹光作为控制旋钮来加速超电流。超导性是电在某些材料中无电阻的运动,通常发生在非常非常冷的温度下,-400华氏度的高温超导体。

      (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

      太赫兹光是非常非常高频率的光,每秒几万亿次的频率周期,它本质上是非常强和强大的微波爆发,在很短的时间内发射。王和一组研究人员证明,这种光可以用来控制超导态的一些基本量子特性。

      物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

      包括宏观超电流流动、对称性破坏以及获得某些被认为是对称性所禁止的超高频量子振荡。这听起来既深奥又奇怪,但它可以有非常实际的应用。光诱导的超导电流为电磁设计量子工程应用的涌现,材料特性和集体相干振荡开辟了一条前进的道路,其研究于2019年7月1日发表在《自然光子学》(Nature Photonics)上。换句话说,这一发现可以帮助物理学家通过推动超电流,创造出速度极快的量子计算机。

      物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

      如何控制、访问和操纵量子世界的特殊特性,并将它们与现实世界的问题联系起来,是当今科学界的一大推动。美国国家科学基金会(National Science Foundation)将这一“量子飞跃”纳入了未来研发的“十大理念”。科学基金会对量子研究的支持总结说:通过利用这些量子系统的相互作用,下一代用于传感、计算、建模和通信的技术将更加精确和高效。

      物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

      要达到这些能力,研究人员需要了解量子力学,以观察、操纵和控制粒子和能量的行为,其尺寸至少要比人类头发的宽度小100万倍。王和合作者——来自爱荷华州的徐阳、齐拉格·瓦斯瓦尼和梁罗,负责太赫兹仪器和实验威斯康星大学麦迪逊分校的Chris Sundahl、Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom负责高质量超导材料及其表征,伯明翰阿拉巴马大学的Martin Mootz和Ilias E. Perakis负责模型的建立和理论模拟。

      物理学家新成果,用光波加速超导电流,或将实现超快量子计算

      通过发现新的宏观超导电流流动状态和开发量子控制开关和调制来推进量子前沿。从太赫兹光谱学仪器获得的实验数据表明,太赫兹超导电流的光波调谐是一个通用的工具,它是推动量子功能在许多交叉学科达到极限的关键,目前的研究为未来多年通过太赫兹量子控制,光波超导电子开辟了一个新的领域。

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