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諾貝爾獲獎者維因蘭德(Wineland)的工作
送交者: xilihudu0 2012年10月17日14:19:44 於 [教育學術] 發送悄悄話
維因蘭德與離子阱:用Paul阱囚禁的單個或少量離子
 
維因蘭德(Wineland)的工作就像把球員給關在一個長條形區域內,排成一排。離子間的靜電排斥作用就相當於球員們張開雙臂,互相手頂着手。

維因蘭德的工作就像把球員給關在一個長條形區域內,排成一排。離子間的靜電排斥作用就相當於球員們張開雙臂,互相手頂着手。


當一串足球飛向這些球員時(激光束),一個球員以一定的概率接球並踢球,由於頂着其它的球員,他的動作會影響到其它人。這個系統也只存在兩個狀態,一個是持球的球員+推動其它球員;另一個是“無球球員”+“不推動替他球員”。系統的狀態也是這兩個狀態的概率組合,同樣可以用來做量子計算的單位。


維因蘭德團隊的工作是利用Paul阱囚禁少量離子,實現了簡單的量子計算。提到Paul阱不得不先提他的孿生兄弟Penning阱。Penning阱用交變電場結合靜磁場囚禁離子(甚至可以囚禁質子),離子在裡面的路徑是震盪繞圈。Paul阱用四根彼此平行的柱子產生的四極交變電場來囚禁離子。由於可結合激光冷卻技術,同樣的離子在Paul阱里要比Penning在老實很多,可以呆在阱的中心一動不動


由量子力學可得知,勢阱內的囚禁的離子除了具有電子的能級之外,還有具有振動能級。用激光控制離子電子能級間的躍遷,會同導致離子在阱內振動間的躍遷。這樣可以使得離子躍遷到振動能級的基態,實現對離子的冷卻。


維因蘭德的離子囚禁和操控技術最大的應用價值體現量子信息上。一串相同的離子可以同時囚禁在四根柱子的中心,並連成一線,同時靜電排斥力讓他們彼此有關聯。這就是一個較為理想的實現量子計算的系統。


該離子阱量子計算方案最早由兩位奧地利理論物理學家I. Cirac和P. Zoller在1995年提出,很快在1995年年底,維因蘭德的團隊就在實驗上實現了它。這得益維因蘭德的團隊多年積累的離子阱技術。維因蘭德實驗開創了離子阱量子計算技術,該技術能夠通過增加囚禁的離子的數量來增加量子比特的數量,因此很長時間以來被視為最有希望的量子計算方案。

http://baike.baidu.com/cms/s/wulixuejiang/index.html


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