美國桑迪亞國家實驗室開放3Qubits量子運 - 工程師

美國桑迪亞國家實驗室開放3Qubits量子運算實驗平台

https://bit.ly/3dLf7sV

近期，美國能源部（Department of Energy）公布開放使用量子運算試驗平台，來自印第
安那大學（Indiana University）的科學家成為第一批開始使用桑迪亞國家實驗室（
Sandia National Laboratories）的量子科學計算開放用戶測試平台（Quantum
Scientific Computing Open User Testbed，QSCOUT）的團隊。

量子電腦將在未來幾十年內，成為技術發展的主要驅動力。但要達到這個目標，科學家需
要使用量子機器（quantum machine）進行實驗。但目前，大學或公司擁有的量子機器相
對較少。現在，科學家們可以使用桑迪亞國家實驗室的QSCOUT來完成原先因為建造成本或
其他限制而無法進行的研究。

新的試驗平台有三個特點：
一是作為一個免費的、開放的試驗平台；
二是作為一個採用離子阱（trapped ion）技術的試驗平台；
三是平台使用者能高度掌控自己的研究。

桑迪亞國家實驗室提供第一實驗試驗台給自印第安那大學，還有來自IBM、橡樹嶺國家實
驗室（Oak Ridge National Laboratory）、新墨西哥大學（University of New Mexico
）和加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）的研究人員也被選中
，即將開始在平台上進行研究。研究計畫包含了從測試基準技術到開發有朝一日能夠解決
對普通電腦來說，過於複雜的化學問題的演算法。

桑迪亞國家實驗室準備接受更多的研究提案。任何人都可以提交申請使用QSCOUT，下一批
研究計畫預計將在春季選出。

至於，QSCOUT實驗平台的設計也是一大特點。大多數商業試驗平使用超導電路（
superconducting circuits）技術，機器需要保持在超低溫下運作，使得它們的建造和運
行成本很高。但QSCOUT實驗平台使用的離子阱技術，可以在稍溫暖的溫度下運行。被捕獲
的離子還能產生比電路更清晰的信號，並能更長時間地保持資訊，使科學家能夠進行不同
類型的實驗，並比較不同平台。

被捕獲的離子被固定在QSCOUT內一個「晶片上的陷阱」（trap on a chip）中，這是一個
扁平的蝴蝶結形裝置，長約2公分，覆蓋在一個半導體晶片上。鐿（ytterbium）元素的三
個帶電原子通過無線電波和電場懸浮在裝置中心的通道上方。雷射器將每個離子中的資訊
編碼為一個qubit（量子位元），與傳統電腦中的bit相當，以進行計算。

桑迪亞國家實驗室計畫，在未來三年內將系統從3 qubits擴展到32 qubits，以進行更複
雜的運算測試。

[名詞解釋]
離子阱(Ion Trap)原理：利用電荷與電磁場間的交互作用力來牽制帶電粒子的運動，以達
到將其侷限在某個小範圍內的目的。至於，離子阱中的量子計算，利用所謂的線性阱將許
多的離子排成一直線，形成一維的量子位元陣列，再藉由操控個別離子(量子位元)的狀態
或是不同離子間的糾纏態(entangled states)，以達成量子計算的目的。

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