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成功率达99%！成功演示镱-171量子比特的实时、无损测量
金属镱-171(171Yb)的原子可能是自然界中最接近完美量子比特的东西。最近的一项研究显示了如何利用它们进行重复量子测量和量子比特旋转，这可能有助于开发可扩展的量子计算。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家开发出一种测量镱-171量子比特的程序，可将它们保存起来以备将来使用。研究人员在《PRX Quantum》杂志上报告说，实现这种“无损测量”后，他们就可以使用处理器进行长时间、多阶段的计算——而这正是许多量子算法的基础。
该研究的第一作者威廉·惠(William Huie)说：“在过去几年中，镱-171已成为量子计算的一个非常有前途的候选材料。现在我们已经证明了无损测量和量子比特旋转，我们已经证明镱原子阵列有望用于某些类别的量子计算操作。”
在目前正在探索的众多量子计算平台中，镱等中性原子阵列是最有前景的平台之一。它们可以直接扩展到大系统规模，而且由于使用天然存在的原子，硬件和制造方面的问题较少。不过，某些类型的原子由于具有复杂的水平结构，使用起来比较困难。
“量子计算基于量子比特，本上是具有两个可访问层次的量子系统。”I.U.物理教授兼项目负责人雅各布·科维(Jacob Covey)说：“然而，尽管原子有很多优点，但它们可能有几十个可访问的层次。要确保每次只处理两个层面，是相当具有挑战性的。”
镱-171近年来备受关注，因为它在冷却到最低能量状态时只包含两个可访问量子水平。因此，对原子进行操作时，将其从所需的两级量子比特状态敲除的可能性要小得多，从而使无损测量变得更加容易。
科维说：“但是，也许有点反直觉，这些对量子操作非常有利的特性是以原子中更为复杂的整体结构为代价的。我们和其他研究镱和其他碱土类原子的小组不得不重新开发原子物理学中许多现在的标准技术，以处理其复杂性。”
研究人员报告说，他们实现了对镱-171量子比特的无损测量，成功率高达99%。他们通过实施一种被称为“实时自适应控制”(real-time adaptive control)的技术来展示其系统的能力，在这种技术中，一台经典计算机被用来根据测量结果控制镱量子比特。
此次，所展示的功能为量子计算和计量学的新机遇打开了大门，并且可以与光时钟转换的使用相结合；单量子比特控制将使这种测量技术能够应用于执行中间电路测量。“基于由经典计算机外部控制的量子比特的算法已经开始在量子信息科学领域受到关注。业界发现，在计算的中间阶段测量和控制量子比特，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，我们小组很高兴能利用我们的镱平台来探索这些更新的发展。”
参考链接：[1]https://iquist.illinois.edu/news/59745[2]https://thequantuminsider.com/2023/10/20/nondestructive-measurement-realized-in-ytterbium-qubits-aiding-scalable-neutral-atom-quantum-computing/
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