物理学家致力于防止量子计算中的信息丢失

真空中不存在任何东西，但物理学家常常希望情况并非如此。如果科学家研究的系统能够与外界完全隔离，事情就会容易得多。

以量子计算为例。这一领域已经吸引了科技投资者和IBM、谷歌和微软等行业巨头数十亿美元的支持。但如果最微小的振动从外界侵入，就会导致量子系统丢失信息。

例如，如果光有足够的能量来摇动量子处理器芯片内的原子，那么即使光也可能导致信息泄漏。

密歇根州立大学的博士生乔·基茨曼说：“每个人都对建造量子计算机来回答真正困难和重要的问题感到非常兴奋。”“但是振动激发确实会扰乱量子处理器。”

但是，随着《自然通讯》杂志上发表的新研究，基茨曼和他的同事们表明，这些振动不一定是一种障碍。事实上，它们可以使量子技术受益。

“如果我们能够理解振动如何与我们的系统耦合，我们就可以将其用作创建和稳定某些类型的量子态的资源和工具，”基茨曼说。

这意味着研究人员可以利用这些结果来帮助减少量子位或量子位(发音为“q位”)丢失的信息。

传统计算机依赖于明确的二进制逻辑。位通过采用两种不同的可能状态之一(通常表示为0或1)来编码信息。然而，量子位更灵活，可以同时存在于零和一的状态。

尽管这听起来像是作弊，但它完全符合量子力学的规则。尽管如此，在解决科学、金融和网络安全等多个领域的某些问题时，这一功能应该使量子计算机比传统计算机具有宝贵的优势。

除了对量子技术的影响之外，密歇根州立大学领导的团队的报告还有助于为未来更好地探索量子系统的实验奠定基础。

“理想情况下，你希望将系统与环境分开，但环境始终存在，”密歇根州立大学物理与天文学系杰里·考恩捐赠物理学主席约翰内斯·波拉宁(JohannesPollanen)说。“它几乎就像你不想处理的垃圾，但当你处理时，你可以学到有关量子世界的各种很酷的东西。”

波拉宁还领导自然科学学院的混合量子系统实验室，基茨曼是该实验室的成员。在Pollanen和Kitzman领导的实验中，该团队构建了一个由超导量子位和所谓的表面声波谐振器组成的系统。

这些量子位是开发量子计算机的公司中最受欢迎的品种之一。机械谐振器用于许多现代通信设备，包括手机和车库门开启器，现在，像波拉宁这样的团队正在将它们应用于新兴的量子技术。

该团队的谐振器使研究人员能够调整量子位所经历的振动，并了解两者之间的机械相互作用如何影响量子信息的保真度。

“我们正在创建一个范例系统来理解这些信息是如何被打乱的，”波拉宁说。“我们可以控制环境，在这种情况下，可以控制谐振器中的机械振动以及量子位。”

“如果你能了解这些环境损失如何影响系统，你就可以利用它来发挥你的优势，”基茨曼说。“解决问题的第一步是理解它。”

波拉宁说，密歇根州立大学是少数几个配备和人员能够对这些耦合量子位机械谐振器设备进行实验的地方之一，研究人员很高兴能够使用他们的系统进行进一步的探索。该团队还包括来自麻省理工学院和圣路易斯华盛顿大学的科学家。