研究人员通过无损测量镱-171量子比特实现了实时控制。（图片来源：网络）

金属镱-171原子可能在自然界中最接近完美量子比特。最近的一项研究展示了如何使用它们来进行重复的量子测量和量子比特自旋，这一研究成果将有助于可扩展量子计算的快速发展。

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家们开发了一种测量镱-171量子比特的程序，该程序可以存储量子比特，以供将来使用。正如研究人员在美国物理学会（APS）旗下的《PRX Quantum》杂志上讲解的那样，实现这种“无损测量”能够助力他们长期、多阶段的运用处理器从事计算工作，这也是许多量子算法的计算基础。

该研究的主要作者William Huie表示：“在过去的几年里，量子计算领域就非常看好镱-171。现在我们展示的无损测量和量子比特自旋，更加证明了镱原子阵列能应用在某些类型的量子计算操作中。”

在目前正在探索的众多量子计算平台中，像镱这样的中性原子阵列是最有前途的平台之一。它们可以直接扩展到大规模系统，而且由于它们是使用天然的原子，所以在硬件和制造方面存在的问题更少。而其他具有复杂能级结构的原子则较难使用。

“量子计算是基于量子比特（达到两个能级跃迁）进行计算的量子系统，”伊利诺伊大学物理学教授、项目负责人Jacob Covey说，“尽管原子有很多优点，但它有数十个能级跃迁，要确保一次只处理两个能级跃迁非常具有挑战性。”

近年来，镱-171之所以引起人们的关注，是因为它在冷却到最低能量态时仅包含两个量子能级。因此，操作原子时不太可能改变它所处的两能级量子比特状态，从而更容易实现无损测量。

“但这也许有点反常识，这些对量子操作非常有利的特性是以牺牲原子中更复杂的整体结构为代价的，”Covey说，“我们和其他研究镱和其他类碱土原子的团队不得不重新开发许多原子物理学已有的标准技术，以解决其复杂性。”

研究人员报告称，他们实现了对镱-171量子比特的无损测量，成功率高达99%。他们通过操纵一种被称为实时自适应控制的技术来展示其系统的优势，基于测试结果，他们使用经典计算机来控制镱量子比特。

“在量子信息科学中，由经典计算机等外部控制的量子比特算法已经开始获得关注，”Huie说，“研究团队发现，在某些情况下，通过在计算的中间阶段测量和控制量子比特，可以更有效地创造大规模的量子行为。所以，我们的团队也十分期待能利用我们的镱平台来探索这些新的发展。”

编译：琳梦

编辑：慕一

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