金属镱171的原子可能是自然界中最接近完美量子位的物质。最近的一项研究展示了如何使用它们进行重复的量子测量和量子位旋转，这可能有助于可扩展量子计算的发展。
诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家开发了一种测量镱171量子位的程序，可以保存它们以供将来使用。正如研究人员在《PRXQuantum》杂志上报道的那样那样，实现这种“无损测量”使他们能够使用处理器进行长时间的多级计算，从而支撑许多量子算法。
该研究的主要作者WilliamHuie表示：“过去几年，Ytterbium-171已成为量子计算领域非常有前途的候选者。”“现在我们已经展示了无损测量和量子位旋转，我们已经证明镱原子阵列在某些类别的量子计算操作中显示出希望。”
在目前正在探索的许多量子计算平台中，镱等中性原子阵列是最有前途的平台之一。它们可以直接扩展到大型系统规模，并且由于它们使用自然发生的原子，因此硬件和制造方面的问题较少。然而，某些类型的原子更难以使用，因为它们具有复杂的能级结构。
“量子计算基于量子位——基本上是量子系统，”诺伊大学物理学教授兼项目负责人雅各布·科维(JacobCovey)说。“然而，尽管原子有很多优点，但它可以有几十个可访问的级别。确保一次只处理两个级别可能非常具有挑战性。”
Ytterbium-171近年来引起了人们的关注，因为它在冷却到最低能态时仅包含两个可接近的量子能级。因此，对原子的操作不太可能将其从所需的两级量子位状态中剔除，从而使无损测量变得更加容易。
“但是，也许有点违反直觉，这些对量子操作非常有利的特性是以原子中更加复杂的整体结构为代价的，”科维说。“我们和其他研究镱和其他类碱土原子的团队必须重新开发原子物理学中许多现在的标准技术来处理其复杂性。”
研究人员报告称，他们实现了镱171量子位的无损测量，成功率高达99%。他们通过实施一种称为实时的技术来展示其系统的功能自适应控制的技术来展示其系统的功能，其中使用经典计算机根据测量结果控制镱量子位。
“基于由经典计算机外部控制的量子位的算法已经开始在量子信息科学中受到关注，”Huie说。“社区发现，在计算的中间阶段测量和控制量子位可以在某些情况下更有效地创建大规模量子行为。因此，展望未来，我们的团队很高兴使用我们的镱平台来探索这些新的发展。”