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一種新的實驗性處理器結合了實用量子計算所需的許多屬性，但這項強大技術的全面實施仍然遙遙無期。
這種演示量子處理器由科羅拉多州博爾德市國家標準與技術研究院 (NIST) 的一組研究人員設計，相關描述發表在今天線上出版的《科學》雜誌上的一篇論文中中。該裝置允許在少量量子位元（或稱量子位）上可靠地應用多個邏輯運算，並透過物理移動量子位在裝置上實現近一毫米的資訊傳輸。
該處理器中承載資料的量子位儲存在離子中，或被電場捕獲在固定位置的帶電原子中。資訊透過調整量子位的量子態（在本例中為原子的自旋）進行編碼，使用雷射脈衝。
NIST 的博士後研究員、主要研究作者喬納森·霍姆說，這種演示處理器因其邏輯運算的穩定組合而引人注目，這有點類似於經典計算機的“與”門和“非”門，以及資訊在處理器周圍的移動。
霍姆說，過去，量子位的移動通常會降低其上編碼的資訊，使其超出可用範圍。“因此，這裡的主要進步是我們現在實施了允許我們不僅移動資訊，而且在我們完成所有傳輸之後，我們可以像在傳輸之前一樣好地處理資訊的方法，”他說。
為了保持原子的穩定，霍姆和他的同事採用了一種稱為同情冷卻的過程。與鈹離子量子位一起捕獲的鎂離子充當製冷劑——關鍵在於這兩種離子與非常不同的光波長相互作用。因此，雷射可用於冷卻鎂製冷劑，鎂製冷劑反過來冷卻鈹離子，而不會影響後者的量子態。“這意味著我們可以照射光，而不會殺死儲存在鈹中的量子位，”霍姆說。
西雅圖華盛頓大學被俘獲離子量子計算小組負責人、物理學家鮑里斯·布利諾夫說：“NIST 團隊一直在努力實現證明這種架構確實有效的目標，現在他們首次將所有要素結合到一個實驗中。”
布利諾夫說：“當然，這仍然是一個非常小的量子資訊處理器：只有兩個量子位離子和兩個用於同情冷卻的‘製冷劑’離子。擴充套件到更多量子位將需要一些努力。”
霍姆欣然承認，新的處理器只是一個小規模的演示，新增更多量子位將很困難。“看起來我們確實擁有在更大的裝置中執行所需的所有技術，但實際上構建和控制更大的裝置是一項技術挑戰，”他說。
霍姆說，即使是新裝置，雖然相當可靠，但仍缺乏實用量子計算機所需的保真度。處理器大約 95% 的時間都在工作，但目標是 99.99% 的執行準確率。“所以你可以看到還有很長的路要走，”他說，“為了達到我們想要達到的目標。”