通过光进行电子的环形移动:基于几何的量子装置
传统电子上的比特位是经典的二进制的1或0状态存在,而更为丰富的量子位资源,或由向量表示的'量子位',指1和0状态同时联合。为了完全实现一个量子位,有必要控制这种量子位矢量的方向,这通常是使用微调和噪声隔离程序进行的。 在芝加哥大学的分子工程学院和康斯坦茨大学的研究人员已经证明,能产生量子逻辑运算或量子比特位循环,这是令人惊讶的发现,在本质上是对噪声的弹性以及对变化的强度或持续时间的控制。他们的成就是基于被称为贝里相位几何的概念,并完全是通过光学手段在钻石中的单一电子自旋实现。 他们的研究发表在《自然光子学》2016年2月15日的网络版,并将在三月份刊印。 “特别是与传统的电子相比较,我们倾向于认为量子操作是很脆弱的且容易受到噪音影响的,” 领导这项研究的大卫·奥沙隆提到,他也是阿贡国家实验室分子工程教授和资深科学家。 “相比之下,我们的做法显示出了令人难以置信的抵御外部影响和满足了任何实际量子技术的关键要求。” 当一个量子力学的对象,如电子,沿一些环路循环,它将会保留对所经过路径的记忆即贝里相位。为了更好地理解这一概念,傅科摆作为大多数科技馆都有的仪器可以帮助我们直观理解这一概念。钟摆,像那些落地座钟一样,通常在一个固定的平面内来回振荡。然而,一个傅科摆在一天的过程中由于地球的旋转而在平面上来回摆动,进而敲在一系列环绕摆放的针脚上。 所敲引脚的数量是钟摆在振荡平面上总角量,从而获得几何相位。从本质上讲,由于地球的旋转沿着一个特定的封闭路径,即其纬线圈,这种移动直接关系到地球表面摆的位置。而该角移取决于特定路径,奥沙隆说到,它不依赖于地球的旋转速度或摆的振荡频率。 “同样,贝里相位是量子系统内部状态的类似路径相关的旋转,它显示出了在量子信息处理中可作为一个强大的操纵量子比特状态的一种有前景的手段,”他说。 |