哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特

哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特利用声波控制原子空位可以增强通信技术，并为量子计算提供新的控制机制。声共振无处不在。事实上，很有可能你现在手里就拿着一个。如今，大多数智能手机都将体声谐振器用作射频滤波器，以滤除可能降低信号质量的噪音。这些滤波器也用于大多数Wi-Fi和GPS系统。声学谐振器比电子谐振器更稳定，但也会随着时间的推移而退化。目前还没有一种简便的方法来主动监测和分析这些广泛使用的设备的材料质量退化情况。现在，哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员与普渡大学OxideMEMS实验室的研究人员合作开发了一种系统，利用碳化硅中的原子空位来测量声共振的稳定性和质量。更重要的是，这些空位还可用于声控量子信息处理，为操纵嵌入这种常用材料中的量子态提供了一种新方法。"碳化硅既是量子报告器的宿主，也是声共振探针的宿主，它是一种现成的商用半导体，可以在室温下使用，"该论文的资深作者、应用物理系和电子工程系塔尔-科因教授、文理学院李彦宏和马蔚华教授伊夫林-胡（EvelynHu）说。"作为一种声共振探针，碳化硅中的这种技术可用于监测加速计、陀螺仪和时钟在其寿命期间的性能，而在量子方案中，则有可能用于混合量子存储器和量子网络"。这项研究发表在《自然-电子学》上。碳化硅是微机电系统（MEMS）的常用材料，其中包括体声谐振器。普渡大学埃尔莫尔家族电气与计算机工程学院教授、论文合著者苏尼尔-巴维（SunilBhave）说："众所周知，晶圆级可制造碳化硅谐振器尤其具有同类最佳的品质因数性能。但是，晶体生长缺陷（如位错和晶界）以及谐振器制造缺陷（如粗糙度、系应力和微尺度凹坑）会在MEMS谐振器内部造成应力集中区域。"如今，要想在不破坏声学谐振器的情况下看到谐振器内部的情况，唯一的办法就是使用超强且非常昂贵的X射线，例如阿贡国家实验室的宽光谱X射线束。夹在碳化硅声共振器（蓝色）顶部两个电极（黄色）之间的压电层（绿色）。电极和压电层产生的声波会对晶格产生机械应变，从而使缺陷（红色）的自旋发生翻转。利用聚焦在谐振器背面的激光读出自旋。资料来源：HuGroup/HarvardSEAS"这类昂贵且难以接近的机器无法在铸造厂或实际制造或部署这些设备的地方进行测量或表征，"SEAS研究生、论文共同第一作者乔纳森-迪茨（JonathanDietz）说。"我们的动机是尝试开发一种方法，让我们能够监测体声谐振器内部的声能，这样你就可以将这些结果反馈到设计和制造过程中。"碳化硅通常存在天然缺陷，在这种缺陷中，一个原子从晶格中被移除，从而产生一种空间局部电子状态，其自旋可以通过材料应变与声波相互作用，例如声共振器产生的应变。当声波穿过材料时，会对晶格产生机械应变，从而使缺陷的自旋发生翻转。自旋状态的变化可以通过用激光照射材料来观察，看有多少缺陷在受到扰动后"打开"或"关闭"。"光有多暗或多亮，表明缺陷所在局部环境中的声能有多强，"SEAS的研究生、论文合著者亚伦-戴（AaronDay）说。"由于这些缺陷只有单个原子大小，它们提供的信息非常局部，因此，你实际上可以用这种非破坏性的方式绘制出器件内部的声波图。"该地图可以指出系统可能在哪里以及如何退化或无法以最佳状态运行。碳化硅中的这些缺陷也可以成为量子系统中的量子比特。如今，许多量子技术都建立在自旋相干性的基础上：自旋在特定状态下保持的时间。这种相干性通常由磁场控制。但Hu和她的团队利用他们的技术证明，他们可以通过声波对材料进行机械变形来控制自旋，从而获得与其他使用交变磁场的方法类似的控制质量。Hu说："利用材料的天然机械特性--应变--扩大了我们的材料控制范围。当我们使材料变形时，我们发现我们还可以控制自旋的相干性，而且我们只需通过材料发射声波就能获得这些信息。这为我们提供了一个重要的材料固有特性的新工具，我们可以利用它来控制蕴藏在材料中的量子态。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392729.htm

谷歌科学家发布：量子计算机取得重大突破

谷歌科学家发布：量子计算机取得重大突破谷歌科学家最近在ArXiv平台上发布了一篇预印本论文，声称在量子计算机领域取得了重大突破。他们表示，通过对Sycamore处理器的升级，谷歌成功提升了量子位的数量，从之前的53个增加到了70个。这次实验中，谷歌科学家们执行了一项名为随机电路采样的任务，这个任务在量子计算中用于评估计算机的性能和效率。通过运行随机电路并分析结果输出，科学家们测试了量子计算机在解决复杂问题方面的能力。谷歌的研究结果显示，升级后的70个量子位的Sycamore处理器在执行随机电路采样任务上比业内最先进的超级计算机快了几十亿倍。例如，需要业内最先进超级计算机Frontier计算47.2年才能完成的任务，53个量子位的Sycamore处理器只需要6.18秒就能完成，而新版的70个量子位的Sycamore处理器速度更快。来源，，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

科学家提出用液晶构建计算机的新构想

科学家提出用液晶构建计算机的新构想两位科学家在最新一期《科学进展》杂志上撰文提出了一种新的计算机制造方法：用液晶构建计算机，这种计算机将使用分子的朝向来存储数据，其计算方式类似量子计算机，但比量子计算机更容易构建，有望比传统计算机处理更多信息。来自斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的伊格·科斯和美国麻省理工学院的约恩·邓克尔提出了一个使用向列型液晶而非电子器件作为基本构件建造新型计算机的方案。他们认为，液晶中的涟漪和瑕疵，可用来制造这种新型计算机。液晶由棒状分子组成，这些分子能像流体一样晃动，但在向列型液晶中，这些分子大多彼此平行。对于电视屏幕等设备，在制造过程中必须去除朝向错误方向的奇怪分子，但这些缺陷是构建液晶计算机的关键。研究人员指出，在普通计算机内，信息被存储为一系列1和0，而在液晶计算机中，信息将被转换成一系列有缺陷的朝向，根据朝向的不同，液晶缺陷可编码为不同的值。电场可用来操纵分子进行基本计算，类似于普通计算机内简单的逻辑门电路的工作方式，在所提出的新型计算机上，这些计算将显示为在液体内传播的波纹。因为液晶计算机不会只使用0和1，所以它的一些计算将类似于量子计算机的工作方式，量子计算机的基础存储单位量子比特可以为叠加状态，因此可同时处理比传统计算机更多信息。而且，由于液晶技术相当先进，用它们来构建计算机或不会像构建量子计算机那样耗时。研究人员指出，其他实验中已成功地用电场将液晶缺陷移动并组装成图案，因此构建向列型液晶计算机最基本的技术已经存在。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307469.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307469.htm

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞爱因斯坦本人在他的广义相对论中提出了它们的存在，此后的几十年里，科学家们一直在研究我们可能在哪里以及如何找到它们。但对它们的特性仍然知之甚少，几种相互矛盾的模型都有可能。这就产生了一个悖论--为了找出更多的知识，我们需要对真正的虫洞进行观测，但为了观测它们，我们又需要找出更多的东西，这样我们就知道要寻找什么。计算机模拟可以帮助打破这一怪圈，让物理学家测试不同的虫洞模型，以观察它们可能会有什么表现。在新的研究中，科学家首次实现了这一点。不过这种模拟不能在普通的计算机上运行--它需要量子计算机的力量，量子计算机可以进入量子物理学的奇特领域，进行传统计算机无法企及的计算。该团队正在研究虫洞和量子物理学之间的有趣关联--虫洞在眨眼间将东西送过宇宙的想法听起来很像量子传送，在那里，信息可以在两个纠缠的粒子之间立即发送，无论它们相距多远。来自加州理工学院、哈佛大学、费米实验室和Google的科学家利用Google的Sycamore量子处理器首次模拟了虫洞。关键是一个被称为SYK的既定模型，它可以模拟量子引力效应--在这种情况下，研究小组将两个简化的SYK系统纠缠在一起，然后将一个量子比特（qubit）的信息发送到其中一个。果然，该信息从第二个系统中出现了。这不仅证明了量子传送，而且由于这两个SYK模型也模拟了量子引力，它是对现实世界中可穿越的虫洞如何工作的现实模拟。长期以来，人们一直预测，为了使虫洞保持足够长的开放时间，以便有东西通过，它需要受到负能量爆炸的冲击。在模拟中，研究小组测试了这一想法，并发现只有当他们用模拟的负能量脉冲击中它时，虫洞的特征才会起作用--但不是正能量。该团队说，这验证了该模型所代表的不仅仅是一个标准的量子传送事件。当然，这与实际的时空隧道相去甚远，但该团队表示，如果现实世界的虫洞存在的话，这个模型可以帮助物理学家探测其特性。这可能会促进我们对它们的理解，以至于我们最终会研究出如何在宇宙中寻找它们。这项研究的主要研究人员玛丽亚-斯皮罗普鲁说："我们发现了一个量子系统，它表现出引力虫洞的关键特性，但又足够小，可以在当今的量子硬件上实现。这项工作构成了向使用量子计算机测试量子引力物理学的更大计划迈出的一步。它并不像其他计划中的实验那样替代对量子引力的直接探测，这些实验可能在未来使用量子传感来探测量子引力效应，但它确实提供了一个强大的测试平台来锻炼量子引力的想法。"该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334117.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334117.htm

科学家设法提高超级计算机模拟准确性 揭开星系形成背后的秘密

科学家设法提高超级计算机模拟准确性揭开星系形成背后的秘密天文学家可以使用超级计算机来模拟星系从138亿年前宇宙大爆炸至今的形成过程。但是，这其中存在许多误差来源。由隆德研究人员领导的一个国际研究小组在八年时间里花费了一亿个计算机小时试图纠正这些错误。为了最大限度地减少误差来源，制作出更精确的模拟结果，由隆德大学的SantiRoca-Fàbrega、首尔国立大学的Ji-hoonKim和加利福尼亚大学的JoelR.Primack领导的来自60所高等院校的160名研究人员通力合作，现在公布有史以来最大规模的模拟对比结果。"要在星系形成理论方面取得进展，对不同模拟的结果和代码进行比较至关重要。"天体物理学研究员桑蒂-罗卡-法布雷加（SantiRoca-Fàbrega）说："我们现在已经做到了这一点，将世界上最好的星系模拟器背后相互竞争的代码组聚集在一起，进行了一种超级比较。"该合作项目的三篇论文（即CosmoRun模拟）现已发表在《天体物理学杂志》上。在这些论文中，研究人员分析了一个与银河系质量相同的星系的形成过程。模拟基于相同的天体物理学假设，包括宇宙中第一批恒星产生的紫外线背景辐射、气体冷却和加热以及恒星形成过程。模拟宇宙的一部分。资料来源：AGORA协作小组新成果让研究人员得出结论，像银河系这样的圆盘星系在宇宙历史上形成的时间非常早，这与詹姆斯-韦伯望远镜的观测结果是一致的。他们还找到了一种方法，使卫星星系--围绕较大星系运行的星系--的数量与观测结果相一致，最终解决了一个众所周知的问题，即"卫星缺失问题"。此外，研究小组还揭示了星系周围的气体是如何成为逼真模拟的关键，而不是恒星的数量和分布，因为恒星的数量和分布是以前的标准。SantiRoca-Fàbrega说："这项工作已经持续了八年，需要运行数百次模拟，使用一亿个小时的超级计算设施。"他们的旅程仍在继续，以进一步完善对星系形成的模拟。SantiRoca-Fàbrega和他的同事们希望通过每一项技术成果，为宇宙和星系的诞生与演化这一令人眼花缭乱的谜题增添新的内容。SantiRoca-Fàbrega说："这是对星系形成进行更可靠模拟的开始，这反过来将帮助我们更好地了解我们的银河系。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423070.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423070.htm

IBM计算机“基准”实验显示量子计算机将在两年内超越传统计算机

IBM计算机“基准”实验显示量子计算机将在两年内超越传统计算机这项新研究的成果发表在上周的《自然》杂志上。科学家们使用IBM量子计算机Eagle来模拟真实材料的磁性，处理速度比传统计算机更快。IBM量子计算机之所以能超越传统计算机，是因为其使用了一种特殊的误差缓解过程来补偿噪声带来的影响。而噪声正是量子计算机的一个基本弱点。基于硅芯片的传统计算机依赖于“比特（bit）”进行运算，但其只能取0或1这两个值。相比之下，量子计算机使用的量子比特可以同时呈现多种状态。量子比特依赖于量子叠加和量子纠缠等量子现象。理论上这使得量子比特的计算速度更快，而且可以真正实现并行计算。相比之下，传统计算机基于比特的计算速度很慢，而且需要按顺序依次进行。但从历史上看，量子计算机有一个致命的弱点：量子比特的量子态非常脆弱，来自外部环境的微小破坏也会永远扰乱它们的状态，从而干扰所携带的信息。这使得量子计算机非常容易出错或“出现噪声”。在这一新的原理验证实验中，127量子比特的Eagle超级计算机用建立在超导电路上的量子比特计算了二维固体的完整磁性状态。然后，研究人员仔细测量每个量子比特所产生的噪声。事实证明，诸如超级计算材料中的缺陷等因素可以可靠预测每个量子比特所产生的噪声。据报道，研究小组随后利用这些预测值来模拟生成没有噪音的结果。量子霸权的说法之前就出现过。2019年，谷歌的科学家们声称，公司开发的量子计算机Sycamore在200秒内解决了一个普通计算机需要1万年才能破解的问题。但谷歌量子计算机所解决的问题本质上就是生成一长串随机数，然后检查它们的准确性，并没有什么实际用途。相比之下，用IBM量子计算机完成的新实验是一个高度简化但有真实应用价值的物理问题。2019年谷歌量子霸权研究成果参与者之一、加州大学圣巴巴拉分校物理学家约翰·马丁尼斯(JohnMartinis)表示，“这能让人们乐观认为，它将在其他系统和更复杂的算法中发挥作用。”（辰辰）...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366285.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366285.htm