利用超导超材料制作量子光陷阱

传统的计算机将信息存储在一个比特中，这是一个逻辑单元，它可以取0或1的值。量子计算机依赖于量子比特，也被称为“量子比特”，这是它们的基本构建块。传统计算机中的比特编码单个值，即0或1。相比之下，量子位的状态可以同时具有0和1的值。这种特殊的性质，是量子物理基本定律的结果，导致了量子系统的戏剧性的复杂性。 _?ZT[t<  
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量子计算是一个新兴的、快速发展的领域，它可以利用这种复杂性来解决传统计算机难以处理的问题。然而，量子计算的一个关键挑战是，它需要使大量的量子位一起工作，这很难实现，同时避免与外部环境的相互作用，这将剥夺量子位的量子特性。 |.A>0-']M  
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来自Oskar Painter实验室的新研究，探索了超导超材料的应用以克服这一挑战，他是工程与应用科学系应用物理与物理学教授。 j^.P=;  
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超材料是通过以比光波长更小的比例组合多种组分材料而特别设计的，从而赋予它们操纵光粒子或光子的行为的能力。超材料可用于反射、转动或聚焦光束几乎以任何期望的方式实现。超材料也可以产生光子传播被完全禁止的频带，即所谓的“光子带隙”。 cx|j _5%i  
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加州理工学院的研究小组利用光子带隙在超导量子电路中捕获微波光子，为未来量子计算机的建设创造了一项有前途的技术。 7-DC"`Y8e  
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“原则上，这是一种可伸缩和灵活的衬底，可以在其上构建复杂的电路来互连某些类型的量子位，”Painter说，他是进行这项研究的团队的领导人，该研究发表在实现近日的《自然通讯Nature Communications 》杂志上。“不仅可以设置量子比特之间的连通性的空间排列，而且还可以设计连接只发生在特定的期望频率。” QS}=oOR@k  
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画家和他的团队创造了一个量子电路组成的一个超导体材料，可以发射电流几乎没有能量损失，或者集成到硅芯片这上。这些超导图案将微波从微芯片的一部分传送到另一部分。这才使得系统能够在量子领域实现操作，然而还利用到了所谓的约瑟夫森结，包括夹在两个超导电极之间原子薄导电层。约瑟夫森结产生微波光子源与两个不同的和孤立的状态，比如一个原子的基态和激发态，这种所涉及的光发射，在量子计算的语言中，就是一个量子比特。 @4i DN  
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Painter说：“超导量子电路允许人们使用微波电路进行基本的量子电动力学实验，微波电路看起来像是直接从手机上拉出来的是一样。我们相信，用超导超材料来增强这些电路可能使未来的量子计算技术成为可能，并进一步研究更复杂的量子系统，这些系统超出了我们使用甚至最强大的经典计算机模拟来建模的能力。” :$j~;)2  
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原文来源：https://phys.org/news/2018-09-superconducting-metamaterial-quantum.html（实验帮译）