第5期
张志豪等：挤压模具的数字化设计与数字化制造
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科学家用激光实现对量子比特多种操纵
加利福尼亚大学圣芭芭拉分校（UCSB)研究人员开发出一种技术，只用激光就能对量子比特初始化，并实现了多种操缺、读取电子目旋态等。这种方法不仅比传统方法更能实现统一控制，面且功能更多样，为探索新型固态量子系统打开了大门。相关论文发表在最新版的美国《国家科学院学报》上。
虽然实验用的量子比特是钻石中的瑕批一一鼠晶格空位（NV)中心，但新技术能在更产泛的材料中操作。UCSB 激光脉冲在半导体内控制单个量子比特的全光策略。这将带来一个好机会，让人们有望用光子芯片处理和交流量子信息。
传统方法是利用微波场和钻石瑕疵的特殊属性来操作，尽管NV中心是一种很有前景的量子比特，过去10年来一直被广泛研究，但要用工业或生长的方法造出所需钻石却是极大的挑战。全光控制让人们能更多样地操纵NV中心，这和传统方法完全不同，还能用其他材料来研究量子系统，制造这些材料的技术也更加成熟。UCSB物理学研究生鲍勃，巴克尔说：“这些技术将来会更及，还可用于未兽探索过的量子系统。”
NV中心是钻石原子结构上的一种瑕统，钻石晶格中一个碳原子被一个氮原子取代，使其附近空缺出一个晶格空位，围绕氮原子旋转的自旋电子就变成一个量子比特，即量子计算机的基本单位。传统技术要先把这一量子比特初始化，成为具有界限清晰的能量态，然后才能与其对接。传统计算机的基本信息单位是比特，要么是0要么是1；面量子比特可以同时是0和1，或者同时处于任何两个数学叠加位，允许研究人员进行更复杂的操作。
“最初我们是想找到一种方法，只需一步就把量子比特放在其状态中任何可能的叠加位。”论文第一作者、物理学研究生克里斯托弗·耶尔说，“结果我们只需调整与自旋电子相互作用的激光就实现了这一点，而且我们能产生自旋态的相干旋转，并读出电子的相对自旋状态。
此外，全光方法还有升级的潜力。物理学研究生戴维·克里斯托指出：“假如你有一排按顺序排列的这种量子比特，当用传统的微波场方法时，很难在与其中任一个交谈时不影响其他比特。理论上，在一个理想的光学系统中，新技术能把光线集中到单个量子比特上，只跟它“交谈”。”
研究小组认为，虽然开发出实际的量子计算机还要再等几年，但新研究为这一最终目标开辟了新路径。量子计算设备能执行某些精密计算和复杂功能，比现有计算机效率高得多，将推动诸多领域进一步发展，如量子加密和量子模拟。
(From http: //paper. sciencenet. cn//htmlpaper/20135310316328964. shtm)