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研討職員展現了量子上風
來歷:賽斯維傳感器網 頒發于 2021/6/10

亞利桑那大學的研討職員展現了量子上風。圖片來歷:亞利桑那大學

量子計較和量子傳感有能夠或許或許比典范的同類產物壯大很多。一臺完整完成的量子計較機不只能夠或許或許在幾秒鐘內處置典范計較機須要數千年能力處置的方程,并且它能夠或許或許對從生物醫學成像到主動駕駛等范疇產生不可估計的影響。


但是,這項手藝還不完整成熟。


實際上,雖然對量子手藝影響深遠的實際廣為傳播,但很少有研討職員能夠或許或許或許操縱現有手藝證實量子方式比典范方式更具上風。


在 6 月 1 日頒發在《物理批評 X》雜志上的一篇論文中,亞利桑那大學的研討職員經由進程嘗試標明,量子比典范計較體系更具上風。


“展現量子上風是社區持久追求的方針,很少有嘗試能夠或許或許或許證實這一點,”論文合著者、資料迷信與工程助理傳授、亞利桑那大學首席研討員張哲深說。 Quantum Information and Materials Group 和該論文的作者之一。“咱們正在追求展現咱們若何操縱已存在的量子手藝來使實際天下的操縱受害。”


量子若何(和甚么時候)使命

量子計較和其余量子進程依靠于稱為量子位的細小而壯大的信息單元。咱們明天利用的典范計較機利用稱為比特的信息單元,比特以 0 或 1 的情勢存在,但量子比特能夠或許或許或許同時以兩種狀況存在。這類二元性使它們既壯大又懦弱。奧妙的量子位很輕易在不正告的情況下瓦解,這使得稱為糾錯的進程很是首要,該進程能夠或許或許處置產生的題目。


量子范疇此刻正處于加州理工學院聞名物理學家約翰·普雷斯基爾 (John Preskill) 稱之為“喧華的中標準量子”或 NISQ 的時期。在 NISQ 時期,量子計較機能夠或許或許履行只須要約莫 50 到幾百個量子比特的使命,雖然存在大批噪聲或攪擾。不只如斯,喧華聲壓服了合用性,致使統統瓦解。人們遍及以為,履行合用的量子操縱須要 10,000 到幾百萬個量子位。


假想一下,發現一個體系,保障你做的每餐都完善完好,而后把這個體系供給給一群不精確食材的孩子。幾年后會很棒,一旦孩子們長大成人并且能夠或許或許采辦他們須要的工具。但在那之前,該體系的用途是無限的。一樣,在研討職員推動能夠或許或許下降噪聲程度的糾錯范疇之前,量子計較僅限于小范圍。

量子信息實際組擔任人莊群濤(左)和量子信息與資料組擔任人張哲深均為工學院助理傳授。圖片來歷:亞利桑那大學


膠葛上風

論文中描寫的嘗試夾雜利用了典范手藝和量子手藝。詳細來講,它利用三個傳感器對射頻旌旗燈號的均勻幅度和角度停止分類。


傳感器裝備了另一種稱為膠葛的量子資本,這使它們能夠或許或許或許彼此同享信息并供給兩個首要益處:起首,它進步了傳感器的活絡度并削減了毛病。其次,由于它們彼此膠葛,傳感器評價全局屬性,而不是搜集有關體系特定局部的數據。這對只須要二進制謎底的操縱法式很有效;比方,在醫學成像中,研討職員不須要曉得構造樣本中的每個細胞都不是癌性的——只須要曉得是不是有一個細胞是癌性的。一樣的觀點也合用于檢測飲用水中的風險化學品。


嘗試標明,為傳感器裝備量子膠葛使它們比傳統傳感器更具上風,將犯錯的能夠或許或許性下降了很小但相當首要的幅度。


“這類利用膠葛來改良傳感器的設法并不限于特定范例的傳感器,是以它能夠或許或許用于一系列差別的操縱,只需你有膠葛傳感器的裝備,”研討合著者 Quntao 說。電子與計較機工程助理傳授、量子信息實際組首席研討員莊“從實際上講,你能夠或許或許斟酌像主動駕駛汽車的激光雷達(光檢測和測距)如許的操縱。”


莊和張開辟了嘗試面前的實際,并在 2019 年的《物理批評 X》論文中對其停止了描寫。他們與詹姆斯 C. 懷特光學迷信學院的博士生 Yi Xia 和資料迷信與工程博士后研討員 Wei Li 配合撰寫了這篇新論文。


量子位分類器

在 NISQ 時期,現有操縱法式夾雜利用量子和典范處置,但它們依靠于必須在量子范疇停止轉換和分類的事后存在的典范數據集。假想一下,拍攝一系列貓和狗的照片,而后將照片上傳到一個體系中,該體系利用量子方式將照片標記為“貓”或“狗”。


該團隊正在從差別的角度處置標記進程,起首利用量子傳感器搜集本身的數據。這更像是利用特地的量子相機,在拍攝照片時將照片標記為“狗”或“貓”。


“很多算法斟酌存儲在計較機磁盤上的數據,而后將其轉換為量子體系,這須要時候和精神,”莊說。“咱們的體系經由進程評價實時產生的物理進程來處置差別的題目。”


該團隊對他們的使命在量子傳感和量子計較的穿插范疇的將來操縱感應高興。他們乃至假想有一天將他們的全部嘗試拆卸集成到一個芯片上,該芯片能夠或許或許浸入生物資料或水樣中,以辨認疾病或無害化學物資。


“咱們以為它是量子計較、量子機械進修和量子傳感器的新范式,由于它確切為毗連一切這些差別范疇搭建了一座橋梁,”張說。


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