玻色采样与离子阱量子计算机介绍

作者: 安峥

来源: 中科院物理所

发布日期: 2017-05-20 07:19:33

本文介绍了玻色取样和离子阱量子计算机的原理及其应用,旨在为无法参与公众科学日的读者提供有价值的科学知识。

今天是物理所的公众科学日,现场十分热闹。然而,并不是所有人都能到场参与,有不少朋友连网络直播也无法观看。没关系,小编今天特意为你们准备了一篇干货,献给不能参与公众科学日的你。

玻色取样(boson sampling)是由计算机科学家S. Aaronson 和A. Arkhipov于2013年提出一种快速计算矩阵的常值方法,主要原理是对经过线性器件处理的玻色子的概率分布进行抽样分析,从而可以很快的求出一个n x n维矩阵常值的方法。在数学和计算机领域里计算一个比较大矩阵的常值一直都是一件比较困难但很重要的事,因为它关系到对多项式的求解。

矩阵的常值就是一个矩阵上对角元素乘积的和。我们知道自然界中的粒子分为玻色子和费米子,而光子属于玻色子,这样我们就可以运用光子实现玻色取样实验。

离子阱量子计算机内会束缚一列离子,这些离子在一个由导线围成的笼子内悬浮着,当我们用一束激光使一个离子振动时,那么它邻近的离子就都会振动起来,这样整个阱内振动的离子就可以作为量子逻辑门了,而运算的结果就是运动离子激发出来的光子,这样我们就能以光的形式得到输出信号了。离子阱量子计算是当今最成熟的技术之一,已经发展超过20年了。不论是量子比特初始化,量子逻辑门还是量子比特的读出技术都发展得很好。

其存储时间也是非常长的,足够实现超过1000秒以上量子逻辑门操作,并且可以重复编程。但是它的缺点也是有的,例如不能快速操作,需要多束激光来维持等等。

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