綠色激光的能量適于操縱鋇離子能態(tài)。圖片來源：滑鐵盧大學

科技日報北京9月12日電(記者張夢然)加拿大科學家利用激光開發(fā)出目前已知最強大的方法來控制由化學元素鋇制成的單個量子比特。可靠地控制量子比特的能力，是實現(xiàn)未來功能型量子計算機的重要基礎(chǔ)。

滑鐵盧大學量子計算研究所(IQC)此次使用小型玻璃波導去分離激光束并將它們聚焦到4微米，這大約是人類發(fā)絲寬度的4%。每個聚焦的激光束在其目標量子比特上的精度和程度都可并行控制，這是以前研究完全無法做到的。

新設(shè)計將串擾量(落在相鄰離子上的光量)限制在非常小的相對強度上，研究人員稱，這意味著它們可在不影響其“鄰居”的情況下與任何離子“交談”，同時，研究人員還可擁有最大程度地控制每個離子的能力，這是學術(shù)界和工業(yè)界迄今出現(xiàn)的最為靈活的離子量子比特控制系統(tǒng)。

研究人員此次以鋇離子為目標，鋇離子在俘獲離子量子計算領(lǐng)域越來越受歡迎，其具有方便操作的能量態(tài)，可用作量子比特的零能級和一能級，并用可見綠光進行操作。此前對其他原子進行相同操作時，往往需要更高能量紫外線，而現(xiàn)在研究人員不再受此局限，一些不適用于紫外線波長的商用光學技術(shù)也可使用了。

這種新波導芯片將單個激光束分成16個不同的光通道，然后將每個通道引導到單獨的基于光纖的調(diào)制器中，調(diào)制器獨立地提供對每個激光束的強度、頻率和相位的敏捷控制，再使用一系列類似于望遠鏡的光學透鏡，將激光束聚焦到其小間距。最終，相機傳感器能精確測量并確認每個激光束的焦點。

這種強大的控制方法兼具了簡單與精確，顯示出操縱離子編碼和處理量子數(shù)據(jù)以及在量子模擬和計算中實施的前景。

量子計算機原理不難，但實現(xiàn)起來涉及很多技術(shù)難題。用什么材料承載量子位，需要對材料的深入探索和精準把握。近幾年，鋇成為一個很有希望的候選元素。鋇量子位的量子計算機有很多優(yōu)勢：更低的錯誤率、更高的門保真度和更靠譜的狀態(tài)檢測。而且鋇量子主要由可見光而非紫外光控制。鋇的引入，為量子計算機提供了更多選項。未來的量子計算機或許是容納多種模塊的開放式系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 單原子 量子比特 量子計算機 研究人