科學家設計出迄今最強單原子控制系統

據報道，加拿大科學家利用激光開發出目前已知最強大的方法來控制由化學元素鋇制成的單個量子比特。可靠地控制量子比特的能力，是實現未來功能型量子計算機的重要基礎。

滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）此次使用小型玻璃波導去分離激光束并將它們聚焦到4 μm，這大約是人類發絲寬度的4%。每個聚焦的激光束在其目標量子比特上的精度和程度都可并行控制，這是以前研究完全無法做到的。

新設計將串擾量（落在相鄰離子上的光量）限制在非常小的相對強度上，研究人員稱，這意味著它們可在不影響其 “鄰居” 的情況下與任何離子“交談”，同時，研究人員還可擁有最大程度地控制每個離子的能力，這是學術界和工業界迄今出現的最為靈活的離子量子比特控制系統。

研究人員此次以鋇離子為目標，鋇離子在俘獲離子量子計算領域越來越受歡迎，其具有方便操作的能量態，可用作量子比特的零能級和一能級，并用可見綠光進行操作。此前對其他原子進行相同操作時，往往需要更高能量紫外線，而現在研究人員不再受此局限，一些不適用于紫外線波長的商用光學技術也可使用了。

這種新波導芯片將單個激光束分成16 個不同的光通道，然后將每個通道引導到單獨的基于光纖的調制器中，調制器獨立地提供對每個激光束的強度、頻率和相位的敏捷控制，再使用一系列類似于望遠鏡的光學透鏡，將激光束聚焦到其小間距。最終，相機傳感器能精確測量并確認每個激光束的焦點。

這種強大的控制方法兼具了簡單與精確，顯示出操縱離子編碼和處理量子數據以及在量子模擬和計算中實施的前景。

量子計算機原理不難，但實現起來涉及很多技術難題。用什么材料承載量子位，需要對材料的深入探索和精準把握。近幾年，鋇成為一個很有希望的候選元素。鋇量子位的量子計算機有很多優勢：更低的錯誤率、更高的門保真度和更靠譜的狀態檢測。而且鋇量子主要由可見光而非紫外光控制。鋇的引入，為量子計算機提供了更多選項。未來的量子計算機或許是容納多種模塊的開放式系統。