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新方法,新技术,迈向消费者买得起“量子计算机”的第一步!

筑波大学的一个研究小组研究了一种利用超短激光脉冲在硅晶体中产生相干晶格波的新方法。通过匹兹堡大学的理论计算和实验结果,可以证明相干振动信号可以保持在样品内。

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这项研究可能会导致基于现有硅设备的量子计算机的出现,这些设备可以快速执行当今最快的超级计算机无法完成的任务。从家用PC到商用服务器,计算机是我们日常生活的核心部分,计算机能力继续以惊人的速度增长。

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然而,对于传统计算机,有两个迫在眉睫的主要问题。第一个是我们可以在单个处理器中封装多少个晶体管的基本限制。最后,如果您想继续提高计算机的处理能力,则需要一种全新的方法。其次,即使是功能最强大的计算机也可能在重要问题上遇到困难,例如保护互联网上信用卡号码的密码算法,或者优化传送包裹的路线。这两个问题的解决方案可能是量子计算机,它利用控制非常小尺度的物理规则,例如原子和电子。

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在量子系统中,电子的行为更像波浪而不是台球,它们的位置是“模糊的”而不是确定性的。另外,各种组件可能缠结在一起,使得在不参考其他组件的情况下不能完全描述每个组件的性质。有效的量子计算机必须保持这些纠缠态的一致性足够长以进行计算。在这项新研究中,筑波大学的团队和匹兹堡物理大学和田美隆大学校长Hrvoje Petek使用非常短的激光脉冲来激发硅晶体中的电子。第一作者Yohei Watanabe博士解释说:

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使用现有的硅量子计算将使矢量子计算机的转换更加容易。高能电子产生硅结构的相干振动,其缠绕电子和硅原子的运动。然后在使用第二激光脉冲进行时间延迟改变之后对系统进行状态检测。根据理论模型,科学家可以用延迟时间解释观察到的电荷变化。进行实验的资深作者Muneaki Hase教授说:这个实验揭示了控制相干振动的潜在量子力学效应。从这个意义上说,这个项目代表了消费者能够承受的量子计算机的第一步。

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研究了未掺杂硅晶体中相干声子产生时间信号的光谱特性。建立极化子粒子模型以计算离子诱导电荷密度随时间变化的延迟纵向光学声子格林函数(LO-)。在低声子模式和等离子体模式在早期能量几乎共振的情况下,发现信号光谱的不对称性;在超短泵浦激光脉冲照射后,这种情况可以立即持续约100秒。从时间绝热图可以看出,这种不对称性是由两种模式之间的Rosen-Zener耦合引起的。

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该部分在载流子密度的高低方向上进一步变化,并且光谱变得更加对称。此外,还研究了载流子密度光学章动对相干声子信号的影响,并与瞬态Fano共振和观察到的GaAs晶体中的谱线引起的不对称性进行了比较。这些发现和成功将为量子计算机的未来奠定基础。

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2019.08.05 10: 41

字数1103

筑波大学的一个研究小组研究了一种利用超短激光脉冲在硅晶体中产生相干晶格波的新方法。通过匹兹堡大学的理论计算和实验结果,可以证明相干振动信号可以保持在样品内。

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这项研究可能会导致基于现有硅设备的量子计算机的出现,这些设备可以快速执行当今最快的超级计算机无法完成的任务。从家用PC到商用服务器,计算机是我们日常生活的核心部分,计算机能力继续以惊人的速度增长。

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然而,对于传统计算机,有两个迫在眉睫的主要问题。第一个是我们可以在单个处理器中封装多少个晶体管的基本限制。最后,如果您想继续提高计算机的处理能力,则需要一种全新的方法。其次,即使是功能最强大的计算机也可能在重要问题上遇到困难,例如保护互联网上信用卡号码的密码算法,或者优化传送包裹的路线。这两个问题的解决方案可能是量子计算机,它利用控制非常小尺度的物理规则,例如原子和电子。

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在量子系统中,电子的行为更像波浪而不是台球,它们的位置是“模糊的”而不是确定性的。另外,各种组件可能缠结在一起,使得在不参考其他组件的情况下不能完全描述每个组件的性质。有效的量子计算机必须保持这些纠缠态的一致性足够长以进行计算。在这项新研究中,筑波大学的团队和匹兹堡物理大学和田美隆大学校长Hrvoje Petek使用非常短的激光脉冲来激发硅晶体中的电子。第一作者Yohei Watanabe博士解释说:

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使用现有的硅量子计算将使矢量子计算机的转换更加容易。高能电子产生硅结构的相干振动,其缠绕电子和硅原子的运动。然后在使用第二激光脉冲进行时间延迟改变之后对系统进行状态检测。根据理论模型,科学家可以用延迟时间解释观察到的电荷变化。进行实验的资深作者Muneaki Hase教授说:这个实验揭示了控制相干振动的潜在量子力学效应。从这个意义上说,这个项目代表了消费者能够承受的量子计算机的第一步。

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研究了未掺杂硅晶体中相干声子产生时间信号的光谱特性。建立极化子粒子模型以计算离子诱导电荷密度随时间变化的延迟纵向光学声子格林函数(LO-)。在低声子模式和等离子体模式在早期能量几乎共振的情况下,发现信号光谱的不对称性;在超短泵浦激光脉冲照射后,这种情况可以立即持续约100秒。从时间绝热图可以看出,这种不对称性是由两种模式之间的Rosen-Zener耦合引起的。

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该部分在载流子密度的高低方向上进一步变化,并且光谱变得更加对称。此外,还研究了载流子密度光学章动对相干声子信号的影响,并与瞬态Fano共振和观察到的GaAs晶体中的谱线引起的不对称性进行了比较。这些发现和成功将为量子计算机的未来奠定基础。

筑波大学的一个研究小组研究了一种利用超短激光脉冲在硅晶体中产生相干晶格波的新方法。通过匹兹堡大学的理论计算和实验结果,可以证明相干振动信号可以保持在样品内。

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然而,对于传统计算机,有两个迫在眉睫的主要问题。第一个是我们可以在单个处理器中封装多少个晶体管的基本限制。最后,如果您想继续提高计算机的处理能力,则需要一种全新的方法。其次,即使是功能最强大的计算机也可能在重要问题上遇到困难,例如保护互联网上信用卡号码的密码算法,或者优化传送包裹的路线。这两个问题的解决方案可能是量子计算机,它利用控制非常小尺度的物理规则,例如原子和电子。

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在量子系统中,电子的行为更像波浪而不是台球,它们的位置是“模糊的”而不是确定性的。另外,各种组件可能缠结在一起,使得在不参考其他组件的情况下不能完全描述每个组件的性质。有效的量子计算机必须保持这些纠缠态的一致性足够长以进行计算。在这项新研究中,筑波大学的团队和匹兹堡物理大学和田美隆大学校长Hrvoje Petek使用非常短的激光脉冲来激发硅晶体中的电子。第一作者Yohei Watanabe博士解释说:

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使用现有的硅进行量子计算将使矢量子计算机的转换更加容易。高能电子产生硅结构的相干振动,纠缠电子和硅原子的运动。然后,第二激光脉冲用于在时间延迟改变之后检测系统的状态。基于理论模型,科学家可以用延迟时间解释观察到的电荷变化。该实验的高级作者Muneaki Hase教授表示,该实验揭示了控制相干振动的潜在量子力学效应。从这个意义上说,该项目代表了消费者能够承受的量子计算机的第一步。

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研究了未掺杂硅晶体中相干声子生成时间信号的光谱特性。建立极化子准粒子模型来计算离子核诱导电荷密度随时间变化的延迟纵向光学声子格林函数(LO-)。在低声子模式和等离子体模式的情况下发现信号光谱的不对称性在早期阶段几乎保持能量共振,其可以在超短泵浦激光脉冲照射后立即持续约100秒。从时间绝热图可以看出,不对称性是由两种模式之间的Rosen-Ziner耦合引起的。

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随着载流子密度在高低方向上进一步变化,光谱变得更加对称。此外,还研究了载流子密度光学章动对相干声子信号的影响,并与瞬态Fano共振和GaAs晶体中观察到的谱线引起的不对称性进行了比较。这些发现和成功将为未来的量子计算机奠定基础。