美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)又在量子計(jì)算機(jī)的研究上邁進(jìn)一步，該機(jī)構(gòu)成功結(jié)合微波(microwaves)與偏振激光(polarized lasers)，對(duì)單獨(dú)量子位(quantum bits，qubits,)進(jìn)行讀寫。研究人員并表示將把所研發(fā)的原型技術(shù)應(yīng)用到可一臺(tái)可運(yùn)作的量子計(jì)算機(jī)。

“我們利用微波來(lái)進(jìn)行讀與寫，偏振雷射光則是用來(lái)選取將被讀取或是寫入的原子；”NIST旗下聯(lián)合量子研究所(Joint Quantum Institute)的Trey Porto表示。

量子計(jì)算機(jī)據(jù)說(shuō)能協(xié)助解開許多今日的難題。透過(guò)對(duì)量子位進(jìn)行編碼，能同時(shí)代表0或是1──這個(gè)原理稱為疊加(superposition)；因此量子計(jì)算機(jī)能省略許多一般計(jì)算機(jī)所需的步驟，連續(xù)地篩選每個(gè)可能的運(yùn)算值。

而量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的挑戰(zhàn)，則在于如何在不擾亂讓量子位有用處、卻很脆弱的疊加狀態(tài)之情況下，控制該種計(jì)算機(jī)的處理步驟。這對(duì)相鄰近的量子位來(lái)說(shuō)尤其棘手，因?yàn)槊慨?dāng)對(duì)單個(gè)量子位進(jìn)行讀寫，就會(huì)擾亂鄰近量子點(diǎn)的狀態(tài)。

用激光學(xué)晶格(藍(lán)色)來(lái)隔離與控制銣原子(紅色)

NIST的研究人員聲稱已經(jīng)找到解決以上問(wèn)題的一種方法，即利用偏振激光束的精確度來(lái)選擇原子；這種方法能讓個(gè)別量子位被微波讀寫，又不擾亂鄰近量子位的狀態(tài)。

研 究人員是將一個(gè)個(gè)單獨(dú)的銣原子(rubidium atoms)，放置在用激光束做成的光學(xué)晶格(optical lattice)，在量子能源狀態(tài)(quantum energy states)下儲(chǔ)存量子位。銣元子能產(chǎn)生8種不同的能源狀態(tài)，NIST的研究團(tuán)隊(duì)選擇了兩種“記憶”狀態(tài)來(lái)代表0與1。

該研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)選擇第二組的“控制”能源狀態(tài)，做為前面“記憶”組的閘門；而透過(guò)將“記憶”與“控制”組內(nèi)的量子位相互交替，研究人員就能在不打擾鄰近量子位的狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)個(gè)別量子位的讀寫。

“利用微波，可控制銣原子在記憶與控制狀態(tài)間轉(zhuǎn)換；”Porto表示：“偏振激光則用以選擇要轉(zhuǎn)換狀態(tài)的原子。而用以轉(zhuǎn)換銣原子狀態(tài)的微波脈沖，允許個(gè)別控制單獨(dú)的銣原子。”目前NIST正試圖將這種技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際的量子計(jì)算機(jī)中。