利用超導(dǎo)超材料制作量子光陷阱
傳統(tǒng)的計算機將信息存儲在一個比特中，這是一個邏輯單元，它可以取0或1的值。量子計算機依賴于量子比特，也被稱為“量子比特”，這是它們的基本構(gòu)建塊。傳統(tǒng)計算機中的比特編碼單個值，即0或1。相比之下，量子位的狀態(tài)可以同時具有0和1的值。這種特殊的性質(zhì)，是量子物理基本定律的結(jié)果，導(dǎo)致了量子系統(tǒng)的戲劇性的復(fù)雜性。 cad 1eOT'
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上圖為一種安裝在微波測試封裝中的超導(dǎo)超材料芯片。中心紫色額的反射是肉眼可見的光學(xué)效應(yīng)，是微波超材料的周期性圖案化使光擴散的結(jié)果。圖片來源：Oskar Painter /加州理工學(xué)院。 C/dqCUX:
量子計算是一個新興的、快速發(fā)展的領(lǐng)域，它可以利用這種復(fù)雜性來解決傳統(tǒng)計算機難以處理的問題。然而，量子計算的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，它需要使大量的量子位一起工作，這很難實現(xiàn)，同時避免與外部環(huán)境的相互作用，這將剝奪量子位的量子特性。 :,<e
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來自O(shè)skar Painter實驗室的新研究，探索了超導(dǎo)超材料的應(yīng)用以克服這一挑戰(zhàn)，他是工程與應(yīng)用科學(xué)系應(yīng)用物理與物理學(xué)教授。 7SYU^GD
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超材料是通過以比光波長更小的比例組合多種組分材料而特別設(shè)計的，從而賦予它們操縱光粒子或光子的行為的能力。超材料可用于反射、轉(zhuǎn)動或聚焦光束幾乎以任何期望的方式實現(xiàn)。超材料也可以產(chǎn)生光子傳播被完全禁止的頻帶，即所謂的“光子帶隙”。 drT X
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加州理工學(xué)院的研究小組利用光子帶隙在超導(dǎo)量子電路中捕獲微波光子，為未來量子計算機的建設(shè)創(chuàng)造了一項有前途的技術(shù)。 _5#f9,m1
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“原則上，這是一種可伸縮和靈活的襯底，可以在其上構(gòu)建復(fù)雜的電路來互連某些類型的量子位，”Painter說，他是進行這項研究的團隊的領(lǐng)導(dǎo)人，該研究發(fā)表在實現(xiàn)近日的《自然通訊Nature Communications 》雜志上�！安粌H可以設(shè)置量子比特之間的連通性的空間排列，而且還可以設(shè)計連接只發(fā)生在特定的期望頻率�！� Nb\4Mv`
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畫家和他的團隊創(chuàng)造了一個量子電路組成的一個超導(dǎo)體材料，可以發(fā)射電流幾乎沒有能量損失，或者集成到硅芯片這上。這些超導(dǎo)圖案將微波從微芯片的一部分傳送到另一部分。這才使得系統(tǒng)能夠在量子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)操作，然而還利用到了所謂的約瑟夫森結(jié)，包括夾在兩個超導(dǎo)電極之間原子薄導(dǎo)電層。約瑟夫森結(jié)產(chǎn)生微波光子源與兩個不同的和孤立的狀態(tài)，比如一個原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)，這種所涉及的光發(fā)射，在量子計算的語言中，就是一個量子比特。 R 7cY$ K{j
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Painter說：“超導(dǎo)量子電路允許人們使用微波電路進行基本的量子電動力學(xué)實驗，微波電路看起來像是直接從手機上拉出來的是一樣。我們相信，用超導(dǎo)超材料來增強這些電路可能使未來的量子計算技術(shù)成為可能，并進一步研究更復(fù)雜的量子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)超出了我們使用甚至最強大的經(jīng)典計算機模擬來建模的能力�！� M vo i
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原文來源：https://phys.org/news/2018-09-superconducting-metamaterial-quantum.html（實驗幫譯）
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