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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics 标题: 几何位相有望用于量子计算发信站: BBS 珞珈山水站 (Wed Dec 5 12:35:20 2007) 作者：Hamish Johnston 文，葛韶锋译提交人：gesf （2007年11月26日周一）类型：news article （Chinese）引用网址：http://www.qiji.cn/eprint/abs/3585.html 注释：Physicsworld.com: Berry’s phase seen in solid-state qubit, Nov 22, 2007 (译文 1395字) 相关网址：http://physicsworld.com/cws/article/news/31942 摘要/内容：物理学家们首次向人们展示了如何利用Berry相——量子体系的一种深奥的几何性质——将信息借助量子比特（Quantum Bit）来保存和处理。这个小组在实验中通过将电子对置于微波辐射脉冲中以控制超导体中配对电子的Berry相位。该突破将有助于物理学家们克服实现量子计算所遇到的最主要障碍——量子比特有随着时间迅速损失信息的趋势。 (预印本) 第一个固态Berry相量子比特：（上）波浪状的导线是微波共振器，量子比特就在其正中。（下）量子比特的位置，即白色箭头所指的薄层结构。对于经典粒子，比如一个石头，经历一个循环过程——被轻微地加热然后又恢复到初始温度——它没有办法再重新构建被加热过程的信息，虽然它确实被加热过。但对于量子粒子比如电子事情就不再如此了，它可以保存加热循环过程中的一些信息。这种留存的信息被保存在初末态的相位差之中，这个相位差就是Michael Berry于1984年提出的几何位相。 Berry相是量子态空间（希尔波特空间，即正交归一波函数张成的抽象空间）中定义的几何位相。Berry相的一个重要性质是它不依赖于抽象空间中的路径，而只取决于闭合路径包围的面积。事实证明，这一性质对于设计量子计算机、用量子比特来存储和处理信息非常有利。这是因为相位在量子信息中占据了很重要的性质，操作量子比特的相位也就相当于实现某种逻辑操作。通过将量子体系经过一个循环操作，Berry相即几何位相可以被用来实现量子计算。颤抖的手对量子比特的操作一定会涉及到外部环境。无论多么仔细，量子比特总会由于受到外部微小噪声的干扰而不断衰减，最终使得量子比特丧失其量子属性而失效。噪声对于Berry相的影响就像是一只颤抖的手在纸上画圆，虽然画出来的圆会歪歪扭扭，但是只要曲线最终闭合并且包围的面积正确，对于量子比特的操作就不会偏离。基于Berry相的量子操作已经在核磁共振和束缚离子系统中实现。但是这两项技术都十分庞大而笨拙，很多物理学家认为要将它们整合进现实的量子计算机中是十分困难的。但是基于超导体的固态量子比特原则上有可能实现微型化并最终大规模生产。来自瑞士苏黎世皇家技术研究所（ETH: Swiss Federal Institute of Technology Zuric h）的Peter Leek及其同事以及来自加拿大和美国的研究员们一起演示了第一台基于Berry 相的固态量子比特运算。他们的这一成果发表于最近的《科学快报》（ScienceExpress）上。铝原子量子比特这个小组的实验中使用的量子比特是一个微米量级的铝，其在低温下是一个超导体。在其最低能级，这个超导体含有一定数量的配对电子，而它的第一激发态所含有的配对电子数则相应地多一个。这块铝被置于一根只有毫米长的超导线的中央，这根超导线的功能相当于一个微波共振器。共振器的共振频率被设置成与量子比特的跃迁频率迥异，这就使得量子比特与周围的环境被隔离开来。但是共振频率依赖于量子比特所处的状态而发生细微的改变，这使得研究者能够通过注入一个微波光子到共振器中以观测量子比特的状态。该小组将一定数量的不同微波信号施加在共振器上。每一个信号都会使得量子比特沿着一个包围不同面积的路径演化。这就产生一定数量的不同Berry相角，并被单光子技术探测记录下来。来自英国利兹大学的Jiannis Pachos是将Berry相用于量子计算的提议者之一，他说：“这项研究非常重要，我对于它的完成感到非常高兴。”他还告诉记者，下一步就是要构建基于Berry相的固态双字节逻辑门，这在束缚离子量子比特（Ion-Trap Qubit）中已经被实现了。然而这有可能是非常困难的，“因为对于固态双光子系统的控制还落后于其它的系统”（ Pachos语）。Peter Leek透露他们这个小组目前正在想办法实现这一点。 -- ※ 来源:·珞珈山水BBS站 http://bbs.whu.edu.cn·[FROM: 159.226.37.*]
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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics
标题: 几何位相有望用于量子计算
发信站: BBS 珞珈山水站 (Wed Dec 5 12:35:20 2007)

作者：Hamish Johnston 文，葛韶锋译
提交人：gesf （2007年11月26日周一）
类型：news article （Chinese）
引用网址：

http://www.qiji.cn/eprint/abs/3585.html
注释：Physicsworld.com: Berry’s phase seen in solid-state qubit, Nov 22, 2007
(译文 1395字)
相关网址：

http://physicsworld.com/cws/article/news/31942

摘要/内容：

物理学家们首次向人们展示了如何利用Berry相——量子体系的一种深奥的几何性质——将
信息借助量子比特（Quantum Bit）来保存和处理。

这个小组在实验中通过将电子对置于微波辐射脉冲中以控制超导体中配对电子的Berry相位
。该突破将有助于物理学家们克服实现量子计算所遇到的最主要障碍——量子比特有随着
时间迅速损失信息的趋势。
(预印本)

第一个固态Berry相量子比特：（上）波浪状的导线是微波共振器，量子比特就在其正中。
（下）量子比特的位置，即白色箭头所指的薄层结构。

对于经典粒子，比如一个石头，经历一个循环过程——被轻微地加热然后又恢复到初始温
度——它没有办法再重新构建被加热过程的信息，虽然它确实被加热过。但对于量子粒子
比如电子事情就不再如此了，它可以保存加热循环过程中的一些信息。这种留存的信息被
保存在初末态的相位差之中，这个相位差就是Michael Berry于1984年提出的几何位相。

Berry相是量子态空间（希尔波特空间，即正交归一波函数张成的抽象空间）中定义的几何
位相。Berry相的一个重要性质是它不依赖于抽象空间中的路径，而只取决于闭合路径包围
的面积。事实证明，这一性质对于设计量子计算机、用量子比特来存储和处理信息非常有
利。

这是因为相位在量子信息中占据了很重要的性质，操作量子比特的相位也就相当于实现某
种逻辑操作。通过将量子体系经过一个循环操作，Berry相即几何位相可以被用来实现量子
计算。

颤抖的手

对量子比特的操作一定会涉及到外部环境。无论多么仔细，量子比特总会由于受到外部微
小噪声的干扰而不断衰减，最终使得量子比特丧失其量子属性而失效。噪声对于Berry相的
影响就像是一只颤抖的手在纸上画圆，虽然画出来的圆会歪歪扭扭，但是只要曲线最终闭
合并且包围的面积正确，对于量子比特的操作就不会偏离。

基于Berry相的量子操作已经在核磁共振和束缚离子系统中实现。但是这两项技术都十分庞
大而笨拙，很多物理学家认为要将它们整合进现实的量子计算机中是十分困难的。但是基
于超导体的固态量子比特原则上有可能实现微型化并最终大规模生产。

来自瑞士苏黎世皇家技术研究所（ETH: Swiss Federal Institute of Technology Zuric
h）的Peter Leek及其同事以及来自加拿大和美国的研究员们一起演示了第一台基于Berry
相的固态量子比特运算。他们的这一成果发表于最近的《科学快报》（ScienceExpress）
上。

铝原子量子比特

这个小组的实验中使用的量子比特是一个微米量级的铝，其在低温下是一个超导体。在其
最低能级，这个超导体含有一定数量的配对电子，而它的第一激发态所含有的配对电子数
则相应地多一个。

这块铝被置于一根只有毫米长的超导线的中央，这根超导线的功能相当于一个微波共振器
。共振器的共振频率被设置成与量子比特的跃迁频率迥异，这就使得量子比特与周围的环
境被隔离开来。但是共振频率依赖于量子比特所处的状态而发生细微的改变，这使得研究
者能够通过注入一个微波光子到共振器中以观测量子比特的状态。

该小组将一定数量的不同微波信号施加在共振器上。每一个信号都会使得量子比特沿着一
个包围不同面积的路径演化。这就产生一定数量的不同Berry相角，并被单光子技术探测记
录下来。

来自英国利兹大学的Jiannis Pachos是将Berry相用于量子计算的提议者之一，他说：“这
项研究非常重要，我对于它的完成感到非常高兴。”他还告诉记者，下一步就是要构建基
于Berry相的固态双字节逻辑门，这在束缚离子量子比特（Ion-Trap Qubit）中已经被实现
了。

然而这有可能是非常困难的，“因为对于固态双光子系统的控制还落后于其它的系统”（
Pachos语）。Peter Leek透露他们这个小组目前正在想办法实现这一点。
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※ 来源:·珞珈山水BBS站

http://bbs.whu.edu.cn·[FROM: 159.226.37.*]

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