未来量子系统实现新突破 为士兵提供战术优势

转自远望智库国防科技要闻2019年7月9日
作者:刘伟雪 来源 :美陆军研究实验室网站 转自:国防科技要闻
美陆军研究实验室的科学家已在量子研究领域实现了一个新的里程碑,提高了量子模拟和量子计算的能力,旨在存储和处理海量数据,为士兵在战场上提供战术优势。并证明,量子纠缠具有大规模数据存储和处理、安全通信和量子的潜力,而不再是传统意义上有限的传感与导航。
新方法
美陆军研究实验室物理学家Q. 萨拉·库雷希博士,与滑铁卢大学、劳伦斯伯克利国家实验室共同合作,首次提出一种在捕获离子系统中实现二维物理的数值技术。该方法利用一种简化的激光控制技术,来增加线性一维离子链用于量子信息研究的效用。

 

被捕获的离子是量子模拟、计算和材料科学研究的最佳候选对象,因其具备用于量子信息存储的长期存在的内部原子态,并且已经在量子信息中证明了高保真离子控制。然而,除了少数实验装置外,大多数离子都被困在一维线性链中,这限制了它们在研究二维或三维物理学(如量子纠缠分布、物质相位变化等)方面的用途。
库雷希表示,考虑到研究人员可捕获的离子数量不断增加,更高维度的方案更具吸引力及时性。为满足这一需求,研究人员必须关闭一维链中某些离子之间的相互作用。但在一维链中,离子的物理位置大致按等间距排列,类似于由弦悬挂的一维磁球链,开发新方法来打开或关闭离子之间的相互作用并不容易。
对于离子的情况,谨慎的应用激光技术,如该研究团队的题为“一维离子链中的二维矩形晶格的动态哈密顿工程”的研究中所述,关闭某些离子间的相互作用,从而得到结果是离子仅具有出现在二维矩形晶格中的相互作用。
这项工作的一个重要特点是,即使增加离子的数量(超过10个离子),结果依然可观。但关键的第一步是证明该方案至少有四种离子。
优势及应用
这项研究的主题和方法是基于陆军与合作者之间的互动而共同开发的理念。通过结合来自多个学科的专业知识,开发出一种方法,克服在实验上易于处理的一维离子捕获结构下,数值生成高维系统的障碍。
新方法很重要,而且比其他方法简单易操作,后者需要单独的量子位控制。研究结果为高维材料科学的研究提供了一种可控的方法,可更好地理解物质的基本属性,设计出性能更好的设备,并在传感和材料弹性等应用领域提高性能和能力。未来,将应用这种混合方案,结合对离子的局部和全局控制,从四个离子的线性链来设计高维物理。
该研究涉及为通信和计算创建新的途径,因此可支持指挥、控制、通信、情报跨职能小组相关工作。研究团队就该项研究的潜力以及未来可为美军带来的优势表示,前景一片光明。