美國國家標準與技術研究院(NIST)又在量子計算機的研究上邁進一步，該機構(gòu)成功結(jié)合微波(microwaves)與偏振激光(polarized lasers)，對單獨量子位(quantum bits，qubits,)進行讀寫。研究人員并表示將把所研發(fā)的原型技術應用到可一臺可運作的量子計算機。

“我們利用微波來進行讀與寫，偏振雷射光則是用來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。

量子計算機據(jù)說能協(xié)助解開許多今日的難題。透過對量子位進行編碼，能同時代表0或是1──這個原理稱為疊加(superposition)；因此量子計算機能省略許多一般計算機所需的步驟，連續(xù)地篩選每個可能的運算值。

而量子計算機技術的挑戰(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，控制該種計算機的處理步驟。這對相鄰近的量子位來說尤其棘手，因為每當對單個量子位進行讀寫，就會擾亂鄰近量子點的狀態(tài)。

用激光學晶格(藍色)來隔離與控制銣原子(紅色)

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

研 究人員是將一個個單獨的銣原子(rubidium atoms)，放置在用激光束做成的光學晶格(optical lattice)，在量子能源狀態(tài)(quantum energy states)下儲存量子位。銣元子能產(chǎn)生8種不同的能源狀態(tài)，NIST的研究團隊選擇了兩種“記憶”狀態(tài)來代表0與1。

該研究團隊接下來選擇第二組的“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，進行對個別量子位的讀寫。

“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，允許個別控制單獨的銣原子。”目前NIST正試圖將這種技術應用在實際的量子計算機中。