物理学家发现一种捆绑在一起的量子计算机的多个元素的方式

物理学家从理工学院和俄罗斯量子中心已开发一种方法，要使它更易于创建通用量子计算机 — — 他们发现了一种使用多级量子系统 (qudits)，每一项是能够与多个”传统”量子元素 — — 量子比特。

教授弗拉基米尔 · Man’ko、 理工学院科学主管实验室量子信息理论和物理列别捷夫学院，阿列克谢 Fedorov 职员俄罗斯量子中心和他的同事叶夫根尼基克坚科的工作人员一位成员在一系列的物理评论 A、 物理字母 A，也量子测量和量子计量论文发表多级量子系统的研究结果。

“在我们的研究中，我们证明了类似于那些用于量子信息技术中的复合量子系统的相关性也发生在非复合系统 — — 我们假设的系统可能会轻松地在某些情况下使用。尤其是，我们最新的文件中提出了一种采用单一的八级制度，以执行议定书 》 的量子隐形传态，先前已实施实验系统的三个二能级系统，内部的自由度之间的纠葛”弗拉基米尔 · Man’ko 说。

量子计算机，答应带来关于计算机技术的一场革命，打算建立从初级加工元素称为量子比特 — — 量子比特。虽然元素的经典计算机 (bits) 只可以在两个国家 （逻辑零和逻辑之一），量子比特基于量子物体，可以在相干叠加两个国家，这意味着他们可以编码逻辑零到一之间的中间状态。量子测量时结果是零或一个以一定的概率 （由量子力学的法则确定）。

在量子计算机中，初始条件的一个特别的问题写在量子系统中，初始状态然后量子比特进入特殊的交互 （取决于具体的问题），和最后，用户通过测量量子比特的最终状态读取问题的答案。

量子计算机将能够解决某些问题，目前远远超过甚至古典最强大的超级计算机。密码学中，例如，传统的计算机，以打破常规的 RSA 算法，基于大量的质因数分解，所需的时间将宇宙的年龄相媲美。量子计算机，另一方面，可以解决在短短的几分钟。

然而，是量子革命 — — 量子态的不稳定的重大阻碍。用于创建量子比特 — — 离子、 电子的量子物体约瑟夫森结等只能维持很短的时间某些量子状态。然而，计算不仅需要量子位元维持他们的状态，也是他们彼此进行交互。世界各地的物理学家试图延长寿命的量子比特。超导量子位元用于”求生存”仅为几纳秒，但现在他们可以保存毫秒之前退相干的 — — 更接近于计算所需的时间。

在系统中有数十个或数百个量子位元，然而，问题是从根本上更复杂。

Man’ko、 Fedorov 和基克坚科开始从周围 — — 的其他方式看问题，而不是试图维持大的量子系统的稳定性，他们试图来增加系统计算所需的尺寸。他们正在调查使用 qudits，而不是量子计算的可能性。Qudits 是量子物体可能国家 （级别） 的数目是大于二 （其数量由字母 D 表示）。有三个州，ququarts （四个国家） 的 qutrits 等。算法现在积极正在研究使用的 qudits 可能会比使用量子比特更有益。

一个多层次的量子系统 — — ququart。图片由研究的作者提供

“二与四个或五个层次是能够作为系统的”普通”的两个量子比特，和八个级别是足以模仿三量子比特系统。起初我们认为这是使我们能够获得新的熵相关数学等价。Fedorov 说︰ 例如，我们取得了相互之间的信息 （相关措施） 隔离在一个单一的四能级系统，状态空间的虚拟量子比特的值”。

他和他的同事们表明上一二与五个级别，创建使用人工的原子，, 有可能要执行完整的量子计算，特别是 Deutsch 算法的实现。这种算法被为了测试大量的二进制变量的值。

它可以被称为假硬币算法︰ 想象一下，你有大量的硬币，其中有些是假的 — — 他们正向和逆向两侧有相同的图像。若要找到这些硬币”古典法”，必须两面看。多伊奇算法与你”合并”硬币的正向和逆向的面，然后，您可以看到一个假硬币只看一面。

较早前在俄罗斯喀山物理技术研究所的物理学家的工作，提出了使用多级系统来模拟多量子处理器的想法。若要运行两量子比特 Deutsch 算法，例如，他们提出与四个不同的国家使用核自旋的 3/2。然而，近年来，在超导电路中创建 qudits 的实验进展已显示他们有很多优点。

但是，超导电路需要五个层次︰ 最后一个级别执行辅助的角色，以允许为一套完整的所有可能的量子操作。

“我们正在取得重大进展，因为某些物理实现中它是容易控制多级 qudits 比相应数量的量子比特系统，这意味着我们是一步创建一种实用的量子计算机。Fedorov 说︰ 多级元素太，包括量子加密技术，提供了其他量子技术优势”。