NEC宣布，在首次成功進(jìn)行了旨在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的、以可變結(jié)合器（可執(zhí)行開(kāi)/關(guān)動(dòng)作）連接多個(gè)量子bit的系統(tǒng)驗(yàn)證。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是各量子bit壽命——相干時(shí)間在量子bit結(jié)合時(shí)不會(huì)大幅縮短，原理上可以構(gòu)筑由幾十個(gè)量子bit組成的系統(tǒng)。NEC已經(jīng)在5月4日出版的美國(guó)學(xué)術(shù)雜志《Science》上發(fā)表了此次的成果。

    NEC的系統(tǒng)是由3個(gè)使用約瑟夫遜結(jié)（JosephsonJunction）的磁通式量子bit連接而成。并使其在20mK的超低溫下工作。各量子bit的邊長(zhǎng)為數(shù)μm，與NEC在2004年發(fā)表的系統(tǒng)基本相同。不過(guò)該系統(tǒng)的量子運(yùn)算符僅為兩端的2個(gè)量子bit，中央的量子bit則作為兩端量子bit的可變結(jié)合器，或2bit操作時(shí)的微波接收器。

    各量子bit可以通過(guò)加載特定波長(zhǎng)的微波，將初始狀態(tài)設(shè)定為“0”或“1”?？勺兘Y(jié)合器在特定波長(zhǎng)的微波加載時(shí)打開(kāi)，未加載時(shí)關(guān)閉。而且在打開(kāi)時(shí)可以通過(guò)選擇微波波長(zhǎng)，利用相互感應(yīng)，使?fàn)顟B(tài)從“00”遷移至“11”，實(shí)現(xiàn)2bit控制。此次，“doubleC-NOT（二重控制否定）門(mén)”的bit控制驗(yàn)證獲得了成功。

    除此之外，通過(guò)使用該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)3步bit控制。具體方法是，首先對(duì)2個(gè)量子bit中的1個(gè)進(jìn)行控制，再將結(jié)合打開(kāi)，進(jìn)行2bit控制，然后關(guān)閉結(jié)合，進(jìn)行1bit控制?！矮@得的輸出結(jié)果與預(yù)想相同”（NEC）。

    量子計(jì)算機(jī)研究從“元件”進(jìn)入“電路”

    NEC認(rèn)為，此次開(kāi)發(fā)首次將以往的各種以量子bit開(kāi)發(fā)為中心的量子計(jì)算機(jī)研究帶入了“電路水平”。理由如下：（1）此次的結(jié)合器“可變”，就是說(shuō)能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)，利用同一電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1bit控制與2bit控制；（2）結(jié)合器本身是量子bit，因此，在進(jìn)一步增加量子bit數(shù)量時(shí)，只需單純?cè)黾恿孔觔it就可擴(kuò)大電路規(guī)模。

    而且，使多個(gè)量子bit聯(lián)合工作，進(jìn)入“量子糾纏狀態(tài)”后，相干時(shí)間就會(huì)大幅縮短的傳統(tǒng)課題也得到了大幅度改善。原因是“此次的結(jié)構(gòu)使用了可變結(jié)合器，可以在bit操作時(shí)選擇對(duì)外界噪音影響的響應(yīng)不明顯的量子bit狀態(tài)”（NEC蔡兆申）。

    不過(guò)，“N個(gè)量子bit結(jié)合后，相干時(shí)間會(huì)縮短為1/N”這一課題還依然存在。因此，目前要想制造出性能超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)，“需要大幅延長(zhǎng)1～2個(gè)量子bit的相干時(shí)間”。

    具體來(lái)說(shuō)，想要超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能，系統(tǒng)需要由30～50個(gè)量子bit組成。但目前情況下，使用約瑟夫遜結(jié)的1個(gè)量子bit的相干時(shí)間長(zhǎng)僅為3μs左右。由于“工作頻率”——量子振動(dòng)的頻率約為20MHz，1個(gè)量子bit只能進(jìn)行60次左右的運(yùn)算處理。使其成為由50個(gè)量子bit組成的系統(tǒng)的1/50并不能進(jìn)行令人滿意的運(yùn)算處理?！澳壳傲孔觔it相干時(shí)間的決定因素還不明確。明白原因之后，就可以找到解決的辦法”（NEC蔡兆申）。