月度归档:2013年04月

建立基于硅的量子计算机

新南威尔士大学(UNSW)的研究人员几乎是在完善他们的技术实施在硅原子的量子比特 – 量子比特 – 点。量子比特构成未来的量子计算机的基石,存储信息的量子态,相当于我们目前的数字1和0。为了任何用途,量子比特需要有很高的准确度,研究人员能够检索值,他们可能会“写”使用量子比特。此刻,完美的量子比特的标杆是一个使用“离子阱”技术已被隔离在一个真空室在电磁陷阱-单个原子。这项技术的意义赢得研究员塞尔Haroche和大卫·J瓦恩兰2012年诺贝尔物理学奖者。然而,需要由新南威尔士大学的科学家进行的研究,这可能是一个更近了一步通过使用一个单一的硅原子的原子核实现量子比特-整个原子的大小约为百万分之一。

理论上,这应该使它更易于连接到现有的基于硅的技术。“我们的核自旋量子比特操作类似的准确性水平[离子阱技术],但它不是在真空室中 – 它在一个硅芯片,可以将有线起来,并像正常的集成电路电操作。”联营教授安德烈莫雷洛来自新南威尔士大学的学院电气工程与电信在一份声明中说。“硅是微电子产业的主导材料,这意味着我们的量子比特是更兼容现有的行业技术,更易于扩展。”选择使用的原子核带来了其自身的挑战,如难以衡量,根据莫雷洛博士生Jarryd的解放…,但它也大大降低了“外面的世界”的任何干扰。解放…说:“我们的核自旋量子比特可以存储更长的时间和更高的精度,这将大大提高我们的能力进行复杂的量子计算,一旦我们把很多的这些量子比特一起。结合量子比特的下一个重点的研究组之一。通过使用更多的共同的基本构造块,研究人员应该能够形成逻辑门,相当于基本,OR,XOR,NOT的计算中使用的晶体管,以形成复杂的集成电路。如果正在修建的功能的量子计算机的研究成果,这些应用程序可以显着的好处包括金融和医疗保健行业的数据库搜索,金融模拟,原子的生物系统建模变得近瞬间。另一方面,它也使大多数形式的现代加密琐碎破解。

量子反常霍尔效应 被称诺贝尔级成果

据中国之声《新闻纵横》报道,昨天(4月10日),清华大学召开新闻发布会宣布,由清华大学薛其坤院士领衔的中国团队首次在实验中发现量子反常霍尔效应。该成果3月15日已经在《科学》杂志在线发表,杨振宁教授称这是诺贝尔物理奖级别的论文。

杨振宁:我认为是从中国的实验室里头第一次做出来了,发表出来了诺贝尔奖级的物理学的论文,这个不只是清华大学科学院的喜事儿,我认为也是整个国家发展的一个大喜事。

昨天,诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授高度评价了这项重大发现。什么是量子反常霍尔效应?领衔这次研究团队的薛其坤院士解释:

薛其坤:咱们用一个形象的比喻,计算机芯片里电子的运动几乎可以看成是一个无规律的,从晶体管的电极一端到达另一端的时候,就像从农贸市场的一端到达另一端的时候,电子比喻成人的话,运动过程中老碰到很多无序的话它老是要走弯路,走弯路就会造成发热,效率就不高,这是目前晶体管发热的一个重要原因之一。量子霍尔的电子被这个效应定义了一个规则,不像农贸市场的运动非常杂乱了,就像高速公路的汽车一样,按照规则进行。

薛其坤院士解释说,目前,普通量子霍尔效应的产生无法被广泛应用,因为它需要非常强的磁场,成本非常昂贵,比较困难。

薛其坤:要实现这种量子霍尔效应所占的磁场,是地球地磁场的十万倍甚至上百万倍,要产生这样的磁场需要一个非常大的设备,一般来讲的话是和冰箱那么大,一个计算机的芯片很小,显然这种量子霍尔效应很难得到应用。

但量子反常霍尔效应的好处在于不需要任何外加磁场,因此这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展,可能加速推进信息技术革命进程。

连线中国科学院理论物理研究所研究员李淼:

霍尔是一位美国物理学家的名字,霍尔效应,量子霍尔效应,量子反常霍尔效应,这三个概念之间有是什么样的关系?

李淼:1879年美国物理学家霍尔发现一个效应,是在一个长方形的导体上发现的,当电流在长度方向流动的时候,如果在导体垂直方向发现一个磁场,就会在宽度方向产生一个新的电流和电压,这个就是霍尔效应。因为霍尔效应在运动和磁场都有感应,所以可以用来做器件,比如说可以来测量磁场,也可以测量运动事故,可以产生新的器件,比如像开关,汽车上面都有应用。

那这个量子反常霍尔效应是什么概念呢?

李淼:霍尔很快获得了诺贝尔物理学奖,霍尔效应在宽度方向那个电压或者导电是成整数倍的朝上翻的,像薛其坤解释的那样,这样的效应需要非常非常强的磁场。过了两年又发现了一个分数量子霍尔效应,分数量子霍尔效应不是整数的翻,而是分数倍的翻,这个霍尔效应也被诺贝尔奖授予了,崔琦教授参与了这一发现。80年代末有一个普林斯顿的物理学家说实际上不需要磁场,也没有量子霍尔效应,当然不需要磁场,叫反常霍尔效应。

3、4年前,包括中国华人物理学家张首晟教授在内的科学家,在理论上预言了一个叫做所谓的拓扑绝缘体,但是不管拓扑绝缘体是什么,它反正是个新的材料,这个发现以后很轰动,张首晟和其他人也获得了很多大奖,这这种材料挡在一种铁磁性的材料上面,用两种材料混合起来,就会发生反常量子霍尔效应,不需要磁场也有量子霍尔了。

霍尔事件就是建立在霍尔效应基础上的事件,它本来就可以用在汽车上面,比如感应器、传感器。反常量子霍尔效应因为它不需要磁场,所以它可以把器件做的非常小,所以这样的话它可以用到我们日常生活的手机上、电脑上。如果今后把材料温度提高到在日常温度之下,有可能还会造出一种非常高速的电网,就是所谓的量子电网。

是不是会大大的提高电脑运行速度?

李淼:对,确实没有办法和现在比了,就是非常非常快的这种电网,根本就我们没有办法想象的。

量子计算机的时代windows操作系统还会存在吗?

在05年之前,桌面计算机的性能是一直在发展的,但是05年到现在,说实话计算机的实际性能发展并不是十分的显著,我们现在使用的桌面计算机的处理能力实际之上和05年的计算机的处理能力没有质的变化。这主要是因为cpu的频率限制所导致的,现在大家的处理器都是3Ghz左右的,05年也是如此,只不过可能现在多核心的处理器多了一点而已。未来计算机的发展不可能就是在提升处理器的核心数量之上做文章,最后还是应当提升处理器的频率。

现在我们已经是可以研究出量子计算机了。虽然说这种计算机依然是不能进入使用的阶段,但是在可以预见的未来这种计算机一定是可以步入我们的实际使用之中。

量子计算机有很强大的计算能力,并且基本上不会受到现在计算机类似的宏观物理干扰。另外其还是有很多的特殊的特点。
估计20年之内量子计算机的研究就是会进入到一个新的阶段,在这个阶段之中我们的操作系统会是如何的呢?人们是不是依然是在使用windows操作系统呢?我认为这恐怕是危险的,现在看来windows操作系统基本上也就是停留在windows 7了。国内很多的人使用的都是ghost win7操作系统,进行winxp系统下载的人也是十分的少。

未来可能会是如此,一旦是量子化的桌面计算机产生了,硬件一定也是会产生很多的变化,这种变化就是注定直接的导致软件的变化,很多的操作系统可能都是应当推翻重新的开发。这个时候我们使用的可能就是一些更加强大的操作系统了,windows可能也是会推出一些新版本的操作系统。但是量子计算机最开始一定是出现在学术界的,所以说量子计算机的第一批操作系统一定是unixlike操作系统,这种操作系统或许是继续的演变成为适合用户使用的桌面操作系统,也是有可能有其他的操作系统出现类似windows,这种操作系统是适合用户使用的。

量子计算机发展实现新进程,堪比超算机

据国外网站Wired报道,被广泛称为科技研究“圣杯”的量子计算有了巨大的发展,耶鲁大学的研究人员最近发明了一种改变光子的量子状态的新方法,通过基本粒子研究来来制造量子记忆体。

如今,计算机存储信息是以0和1的二进制系运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值,比如一个量子位可以是90%的“0”和10%的“1”。

由此,量子计算机的雏形只能做简单的计算,但一个成熟的量子计算机其复杂程度要远远超过目前最强大的超级计算机。


量子计算机
量子计算(来源Flickr.com)

  对于量子计算机而言,量子位相当于一个处理器。但如同计算机一样需要量子RAM,光子是一种保留很长一段时间及距离的量子态,需要时不时地改变存储在光子中的量子信息。为达到该效果,耶鲁研究人员利用一种被称为“Kerr”的介质中光子的量子态来进行有效的实施。

从资料上看,这些记忆光子存储在“Kerr”介质中很不稳定,通过一个真空的铝制谐振器放进Kerr介质中,使它与一个量子位进行融合。另外,有的研究人员还发现了以其他方式稳定光子的更复杂的改变方式。

原文地址:http://server.zol.com.cn/363/3639402.html

 

 

耶鲁大学研究人员利用光子让量子计算机离现实更近一步

据Wired报道,耶鲁大学的研究人员最近发明了一种新的方法来改变光子的量子状态,基本粒子研究人员希望利用这项技术来制造量子记忆体。

以下为文章全文:

通过耶鲁大学的一个研究小组的努力,被广泛称为科技研究“圣杯”的量子计算又向实际应用迈进了一大步。该小组最近发明了一种新的方法来改变光子的量子状态,基本粒子研究人员希望利用这项技术来制造量子记忆体。

这项研究发表在本月的《 Nature》杂志上,以及 arXiv网站上。

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值。例如,一个量子位可以是90%的“0”和10%的“1”。

到目前为止,我们已经看到了一些量子计算机的雏形,可以做简单的计算,但一个成熟的量子计算机由许多能够执行复杂计算的量子位组成,其复杂程度要远远超过目前最强大的超级计算机。

在量子计算机中,量子位相当于一个处理器。但是你还需要某种形式的量子RAM。耶鲁大学的研究人员之一Gerhard Kirchmair解释道,光子是一个不错的选择,因为他们可以保留很长一段时间及距离的量子态。不过你需要时不时地改变存储在光子中的量子信息。耶鲁的研究小组开发的这项技术实质上是暂时使所使用的光子用于记忆“可写”,然后将其切换到一个更稳定的状态。

要做到这一点,研究人员利用了一种被称为“Kerr”的介质。一个普通的材料将折射光线,但Kerr介质将以不同的方式折射一个刺激,这取决于刺激的程度。Kerr介质中光子的量子态可以用微波场进行很容易地操控。

但是一直将这些记忆光子存储在Kerr媒介中会很不稳定,所以研究人员发明了一种方法,将一个真空的铝制谐振器放进Kerr介质中,使它与一个量子位进行耦合。当谐振器是解耦的,光子是稳定的。当谐振器耦合时,光子是“可写”的。

另外,有的研究人员还发现了以其他方式稳定光子的更复杂的改变方式,但Kirchmair表示他们的方法更简单、更实用。

这只是让量子计算进一步实用需要的一个重要步骤。去年,研究人员宣布了 一个新的方法来创造光子,和用其他方法来开发 单一的原子晶体管。 (王旭东/编译 仲浩/审校)