液态核磁共振量子计算机

科技工作者之家  |   2020-11-17 18:19

液态核磁共振量子计算机(Liquid-state nuclear magnetic resonance quantum computer)是利用液态之核磁共振(NMR)技术实现量子计算机 (量子电脑)的一项方案,为当前较为成功的量子电脑物理系统之一。

简介液态核磁共振量子电脑(Liquid-state nuclear magnetic resonance quantum computer, liquid NMR QC)是利用液态之核磁共振(NMR)技术实现量子计算机 (量子电脑)的一项方案,为当前较为成功的量子电脑物理系统之一。

其属于系综量子电脑(ensemble quantum computer)类别,在一些学派的观念底下,因为不是对单一量子位元进行操控,而不认为是真正的量子电脑。

目前液态核磁共振量子电脑主要是采用自旋1/2的核子,例如质子(氢核)、碳13核、氟19核等,主要考量是仅为磁偶极而弛缓时间或量子脱散时间较长,仍够保持量子资讯的量子态较久。这些核的原子为有机分子中的成分原子,彼此透过化学键间的J耦合(标量耦合)互相影响;J耦合亦是此类量子电脑中进行量子计算中受控反闸(controlled NOT gate, C-NOT)的来源机制。

目前较成熟的系统可达到7个量子位元的操作,而10个以上的量子位元,据称即将可以商业性购得。艾萨克·庄群组在2001年《自然》杂志的论文利用了7个量子位元的液态磁振量子电脑进行了秀尔算法,对15做因式分解为3和5的示范,为一代表作。然而实际上并非真正达成,而是透过一些技巧性的方式简化问题来做出展示。1

核磁共振核磁共振NMRNuclearMagneticResonance)是基于原子尺度的量子磁物理性质。具有奇数质子或中子的核子,具有内在的性质:核自旋,自旋角动量。核自旋产生磁矩。NMR观测原子的方法,是将样品置于外加强大的磁场下,现代的仪器通常采用低温超导磁铁。核自旋本身的磁场,在外加磁场下重新排列,大多数核自旋会处于低能态。我们额外施加电磁场来干涉低能态的核自旋转向高能态,再回到平衡态便会释放出射频,这就是NMR讯号。利用这样的过程,可以进行分子科学的研究,如分子结构、动态等。2

量子计算机量子计算机(英语:quantum computer)是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。不同于电子计算机(或称传统计算机),量子计算用来存储数据的对象是量子比特,它使用量子算法来进行数据操作。马约拉纳费米子反粒子就是自己本身的属性,或许是令量子计算机的制造变成现实的一个关键。3

参见量子电脑

核磁共振

量子计算

量子资讯

核磁共振量子电脑(Nuclear magnetic resonance quantum computer)

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学