2019-07-02 05:39:01
物理学家使用光波来加速超电流实现超快量子计算

王继刚耐心地解释了他在量子控制方面的最新发现,这种发现可能导致基于量子力学的超快计算:他提到了光诱导的超导,没有能隙。他提出了禁止的超级量子节拍。他提到太赫兹速度对称性破坏。

然后他退了口气并澄清了这一切。毕竟,太赫兹和纳米级的物质和能量的量子世界 - 数万亿次循环/秒和十亿分之一 - 对我们大多数人来说仍然是一个谜。

“我喜欢研究超导千兆赫的超导电子的量子控制,或者每秒数十亿次循环,这是当前最先进的量子计算应用的瓶颈,”爱荷华州立大学物理学和天文学教授,研究人员说。得到了陆军研究办公室的支持。 “我们使用太赫兹光作为控制旋钮来加速超级电流。”

超导性是通过某些材料的电流运动而没有阻力。它通常发生在非常非常冷的温度下。想想-400华氏度的“高温”超导体。

太赫兹光在非常非常高的频率下很轻。想想每秒数万亿次循环。它基本上是非常强大和强大的微波爆发在很短的时间内发射。

Wang和一组研究人员证明,这种光可以用来控制超导状态的一些基本量子特性,包括宏观超流动,破坏对称性和获得被认为是对称性禁止的某些非常高频量子振荡。

这一切听起来都很神秘而且很奇怪。但它可能具有非常实际的应用。

“光诱导的超电流为量子工程应用的突发材料属性和集体相干振荡的电磁设计绘制了一条前进的道路,”Wang和几位合着者在Nature Photonics杂志在线发表的一篇研究论文中写道。

换句话说,这一发现可以帮助物理学家“通过推动超级电流来制造疯狂快速的量子计算机”,Wang在研究小组的研究结果摘要中写道。

寻找控制,获取和操纵量子世界的特殊特征并将它们与现实世界问题联系起来的方法是当今重大的科学推动力。美国国家科学基金会将“量子跃进”纳入其未来研究和开发的“十大理念”中。

“通过利用这些量子系统的相互作用,用于传感,计算,建模和通信的下一代技术将更加准确和高效,”科学基金会对量子研究的支持总结说。 “为了达到这些能力,研究人员需要了解量子力学来观察,操纵和控制粒子和能量的行为,其尺寸至少比人类头发的宽度小一百万倍。”

王和他的合作者 - 来自爱荷华州的Xu Yang,Chirag Vaswani和Liang Luo,负责太赫兹仪器和实验;来自威斯康星大学麦迪逊分校的Chris Sundahl,Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom,负责高质量的超导材料及其特性;负责模型构建和理论模拟的伯明翰阿拉巴马大学的Martin Mootz和Ilias E. Perakis正在通过寻找新的宏观超流动状态和开发用于切换和调制它们的量子控制来推进量子前沿。

该研究小组的研究摘要表明,从太赫兹光谱仪器获得的实验数据表明,太赫兹光波调制超级电流是一种通用工具,“并且是推动量子功能在许多交叉学科中达到极限的关键”,如科学基金会提到的那些。

因此,研究人员写道,“我们相信可以公平地说,目前的研究在未来许多年内通过太赫兹量子控制打开了一个新的光波超导电子领域。”

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