UCR使用3D打印離子阱實(shí)現(xiàn)可伸縮的量子計(jì)算項(xiàng)目

來(lái)源：未知大陸

據(jù)了解，在獲得375萬(wàn)美元的Multicampus-National Lab合作研究和培訓(xùn)獎(jiǎng)之后，加州大學(xué)河濱分校（UCR）將領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)致力于實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子計(jì)算的項(xiàng)目。雙方的合作將得到加州大學(xué)伯克利分校，加州大學(xué)洛杉磯分校和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的支持，UCR擔(dān)任項(xiàng)目協(xié)調(diào)員。

可擴(kuò)展量子計(jì)算
量子計(jì)算目前尚處于起步階段，但在未來(lái)幾年中，它將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算的功能。量子計(jì)算機(jī)有望勝任諸如復(fù)雜的模型建模，找到大質(zhì)數(shù)以及設(shè)計(jì)用于醫(yī)學(xué)用途的新化合物等密集任務(wù)。

量子信息以量子位或量子位的形式存儲(chǔ)在量子計(jì)算機(jī)上。這意味著量子系統(tǒng)可以同時(shí)以兩種不同狀態(tài)存在，而傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)一次只能以一種狀態(tài)存在。當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)的量子位有限，因此，為了使量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)其真正的潛力，新系統(tǒng)將必須具有可伸縮性，并包含更多的量子位。

IBM的量子計(jì)算機(jī)-最早開(kāi)發(fā)的量子計(jì)算機(jī)之一

“這項(xiàng)合作項(xiàng)目的目標(biāo)是為量子計(jì)算建立一個(gè)真正的可擴(kuò)展至許多量子位的新穎平臺(tái)，”加州大學(xué)河濱分校物理學(xué)和天文學(xué)助理教授，為期三年項(xiàng)目的首席首席研究員Boerge Hemmerling說(shuō)?！爱?dāng)前的量子計(jì)算技術(shù)離實(shí)驗(yàn)控制容錯(cuò)計(jì)算所需的大量量子比特還很遙遠(yuǎn)。這與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片在經(jīng)典計(jì)算中所取得的成就形成了鮮明的對(duì)比。”

3D打印的離子阱微結(jié)構(gòu)
研究團(tuán)隊(duì)將使用勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory）可獲得的先進(jìn)3D打印技術(shù)，為新型量子計(jì)算機(jī)制造微結(jié)構(gòu)離子阱。這些離子在阱中移動(dòng)時(shí)，將使用離子來(lái)存儲(chǔ)量子位，并傳遞量子信息。根據(jù)UCR，捕獲離子具有實(shí)現(xiàn)可伸縮量子計(jì)算的最佳潛力。

除UCR外，加州大學(xué)伯克利分校還將通過(guò)離子阱實(shí)現(xiàn)高保真量子門。加州大學(xué)洛杉磯分校將把光纖與離子阱集成在一起，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校將在低溫環(huán)境中對(duì)離子阱進(jìn)行測(cè)試，并展示離子串的穿梭性，而勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將用于表征和開(kāi)發(fā)新材料。 UCR的項(xiàng)目協(xié)調(diào)員將開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)化的冷卻方案，并研究用阱捕獲電子的可能性。

勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家(3D打印)實(shí)驗(yàn)室

Hemmerling說(shuō)：“我們?cè)谶@里有一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以加入U(xiǎn)C系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)小組，并結(jié)合他們的專業(yè)知識(shí)，以取得比單個(gè)小組所能達(dá)到的更大的成就?！?“我們預(yù)計(jì)，就離子的存儲(chǔ)時(shí)間以及維持和操縱量子信息的能力而言，微結(jié)構(gòu)3D打印離子阱將比迄今為止使用的離子阱性能更好。”

他補(bǔ)充說(shuō)：“最重要的是，我們的構(gòu)想結(jié)構(gòu)將可擴(kuò)展，因?yàn)槲覀冇?jì)劃構(gòu)建互連離子阱的陣列，類似于非常成功的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)。我們希望將這些新穎的3D打印離子阱作為量子計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室工具，對(duì)當(dāng)前使用的技術(shù)進(jìn)行重大改進(jìn)。”

海默林的總結(jié)性言論說(shuō)明，許多量子計(jì)算方法盡管非常有前途，但卻未能提供可用于處理復(fù)雜任務(wù)的可擴(kuò)展平臺(tái)。如果要制造適用的機(jī)器，則必須考慮新的路線，從UCR的可擴(kuò)展計(jì)算項(xiàng)目開(kāi)始。

涉及3D打印的早期量子技術(shù)工作為UCR的未來(lái)項(xiàng)目鋪平了道路。當(dāng)冷卻到接近0K時(shí)，原子粒子的量子特性開(kāi)始變得明顯。就在去年，增材制造研發(fā)公司Added Scientific 3D打印出了第一個(gè)能夠捕獲冷原子云的真空室。在其他地方，兩光子AM系統(tǒng)制造商N(yùn)anoscribe推出了具有微光學(xué)功能的新機(jī)器QuantumX。該公司希望其系統(tǒng)在將量子技術(shù)提升到工業(yè)水平方面很有用。