日本量子計算機：比谷歌快兩倍！
– 用一種新的冷原子類型生產世界上最快的雙量子比特門 –
分子科學研究所（愛知）
大森賢治教授
2022.08.15
ー開發新型冷卻原子量子計算機ー
使用核心算術元素 2 量子比特門實現了世界上最快的速度。
什麼是“量子計算機”：
雙量子比特門“可以結合兩個量子比特，讓事情變得超級快”。
在實驗中，他們成功實現了“超高速，比之前的世界紀錄快一倍多”。
用“門”計算：
在常規計算機中，0 和 1 的位值是
通過加法和乘法轉換和計算。
此操作稱為“門”。
用“量子門”計算：
該位的值不是’0’或’1’，
“0或1”通過疊加兩個來創建混合狀態，並進行複雜的轉換和計算。
這種操作稱為“量子門”。
量子計算機的算術元素：
量子門有兩種模式。
1-qubit 門：
操縱 1 個量子位的 1 個量子位門
雙量子比特門：
“在兩個量子位之間創建一種稱為量子糾纏的相關性”
消除噪音的影響：
“2 個量子位比 1 個量子位快幾個數量級，”
它是“能夠進行超高速計算的量子計算機的源泉”。
在量子門的超快速計算中，
最大的挑戰是如何消除外部環境噪聲的影響。
新型冷卻原子量子計算機的開發：
Ohmori教授等人。
“兩個銣原子冷卻到接近絕對零”排列，
我們設計了一種獨特的方法來照射 10 皮秒的超超短時激光束。
新型冷原子量子計算機演示：
對於兩個銣原子，
激光束會聚成微米級細光束並在超短時間照射。
超快雙量子比特門的製造：
“一個原子中的電子”和
“另一個原子中的電子”
交互時間為 6.5 納秒。
成功實現“超快雙量子比特門”。
比谷歌快 2 倍以上：
這次來來去去的6.5納秒，
“在 2020 年，速度是谷歌 15 納秒世界紀錄的兩倍多。”
“因為它比噪聲的時間尺度要快，所以可以忽略噪聲的影響。”
冷原子硬件：
在量子計算機的硬件開發中，
“超導型和離子阱型”領先。
另一方面，
冷原子類型是“可擴展的”。
“冷原子類型打破了這兩種類型的限制”。
本期成績：
這將是實現高可靠性冷卻原子量子計算機的一個突破。
量子計算機的實際應用：
對於量子計算機的實際應用，“增加量子比特數，擴大規模”是必不可少的。
超導和離子捕獲類型達到 100 個量子比特的上限。
在冷原子類型的硬件類型中，“10,000 個量子比特是可能的”並且可以按比例放大。
再次，
“量子比特的波動性質比超導類型的持續時間長六個數量級，”使其成為出色的硬件。
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Ordinateur quantique japonais : deux fois plus rapide que Google !
– Produire la porte à deux qubits la plus rapide au monde avec un nouveau type d’atome froid –
Institut des sciences moléculaires (Aichi)
Professeur Kenji Ohmori
2022.08.15
ーDéveloppement d’un nouvel ordinateur quantique atomique refroidiー
Atteint la vitesse la plus rapide au monde avec la porte à 2 qubits, qui est l’élément arithmétique de base.
Qu’est-ce qu’un “ordinateur quantique”:
Les portes à deux qubits “peuvent combiner deux qubits pour rendre les choses super rapides”.
Dans l’expérience, ils ont réussi à atteindre “une vitesse ultra-rapide, plus de deux fois plus rapide que le précédent record du monde”.
Calculé avec “gate”:
Dans les ordinateurs conventionnels, les valeurs de bit de 0 et 1 sont
Convertir et calculer par addition et multiplication.
Cette opération est appelée “gate”.
Calculé avec “porte quantique”:
La valeur du bit n’est ni ‘0’ ni ‘1’,
“0 ou 1” Créez un état mixte en en superposant deux, et effectuez des conversions et des calculs complexes.
Cette opération s’appelle une “porte quantique”.
Élément arithmétique d’un ordinateur quantique :
La porte quantique a deux modèles.
Porte à 1 qubit :
Une porte à 1 qubit qui manipule 1 qubit
Porte à deux qubits :
“Créer une corrélation appelée intrication quantique” entre deux qubits
Éliminer les effets du bruit :
“2 qubits sont des ordres de grandeur plus rapides que 1 qubit,”
C’est “la source des ordinateurs quantiques capables de calculs ultra-rapides”.
Dans le calcul ultra-rapide des portes quantiques,
Le plus grand défi consistait à éliminer les effets du bruit environnemental externe.
Développement d’un nouvel ordinateur quantique atomique refroidi :
Professeur Ohmori et al.
“Deux atomes de rubidium refroidis presque au zéro absolu” sont disposés,
Nous avons conçu une méthode unique d’irradiation d’un faisceau laser ultra-ultra-court de 10 picosecondes.
Démonstration d’un nouvel ordinateur quantique à atomes froids :
Pour deux atomes de rubidium,
Un faisceau laser est condensé en un faisceau d’une épaisseur d’un micron et irradié pendant une durée ultra-courte.
Fabrication d’une porte ultra-rapide à deux qubits :
“Électrons dans un atome” et
“Électron dans l’autre atome”
6,5 nanosecondes pour interagir.
A réussi la “porte ultra-rapide à deux qubits”.
Plus de 2 fois plus rapide que Google :
Les 6,5 nanosecondes qui allaient et venaient cette fois,
« Plus de deux fois plus rapide que le record du monde de Google de 15 nanosecondes en 2020. »
“Parce qu’il est plus rapide que l’échelle de temps du bruit, l’influence du bruit pourrait être ignorée.”
Matériel atomique froid :
Dans le développement matériel des ordinateurs quantiques,
“Type supraconducteur et type piège à ions” étaient en avance.
d’autre part,
Les types d’atomes froids sont “évolutifs”.
“Le type d’atome froid dépasse les limites de ces deux types”.
Réalisations cette fois :
Ce sera une percée dans la réalisation d’un ordinateur quantique atomique refroidi hautement fiable.
Application pratique des ordinateurs quantiques :
Pour une utilisation pratique des ordinateurs quantiques, il est essentiel “d’augmenter le nombre de qubits et d’augmenter l’échelle”.
Les types supraconducteurs et piégeant les ions atteignent un plafond à 100 qubits.
Dans le type de matériel de type atome froid, “10 000 qubits sont possibles” et peuvent être mis à l’échelle.
encore,
“La nature ondulatoire du qubit dure six ordres de grandeur plus longtemps que le type supraconducteur”, ce qui en fait un excellent matériel.
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Japanischer Quantencomputer: Zweimal schneller als Google!
– Herstellung des weltweit schnellsten Zwei-Qubit-Gatters mit einem neuen kalten Atomtyp –
Institut für Molekulare Wissenschaften (Aichi)
Professor Kenji Ohmori
2022.08.15
ーEntwicklung eines neuen gekühlten atomaren Quantencomputersー
Erreichte die weltweit schnellste Geschwindigkeit mit dem 2-Qubit-Gate, das das arithmetische Kernelement darstellt.
Was ist ein „Quantencomputer“:
Zwei-Qubit-Gatter „können zwei Qubits kombinieren, um die Dinge superschnell zu machen.“
Im Experiment gelang es ihnen, “Ultrahochgeschwindigkeit zu erreichen, mehr als doppelt so schnell wie der vorherige Weltrekord”.
Berechnet mit “Tor”:
Bei herkömmlichen Computern sind die Bitwerte 0 und 1
Konvertiere und rechne durch Addition und Multiplikation.
Diese Operation wird “Tor” genannt.
Berechnet mit “Quantentor”:
Der Wert des Bits ist nicht ‘0’ oder ‘1’,
“0 oder 1” Erstellen Sie einen gemischten Zustand, indem Sie zwei überlagern, und führen Sie komplexe Konvertierungen und Berechnungen durch.
Diese Operation wird als “Quantengatter” bezeichnet.
Rechenelement eines Quantencomputers:
Das Quantengatter hat zwei Muster.
1-Qubit-Gate:
Ein 1-Qubit-Gate, das 1 Qubit manipuliert
Zwei-Qubit-Gate:
„Erzeugen Sie eine Korrelation namens Quantenverschränkung“ zwischen zwei Qubits
Beseitigen Sie die Auswirkungen von Rauschen:
„2 Qubits sind um Größenordnungen schneller als 1 Qubit“,
Es ist “die Quelle von Quantencomputern, die zu ultraschnellen Berechnungen fähig sind”.
Bei der ultraschnellen Berechnung von Quantengattern
Die größte Herausforderung bestand darin, die Auswirkungen von externen Umgebungsgeräuschen zu eliminieren.
Entwicklung eines neuen gekühlten atomaren Quantencomputers:
Professor Ohmori et al.
“Zwei auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlte Rubidiumatome” sind angeordnet,
Wir haben eine einzigartige Methode zur Bestrahlung mit einem Ultra-Ultrakurzzeit-Laserstrahl von 10 Pikosekunden entwickelt.
Demonstration eines neuen kalten atomaren Quantencomputers:
Für zwei Rubidiumatome gilt:
Ein Laserstrahl wird zu einem Mikrometer dünnen Strahl verdichtet und für eine ultrakurze Zeit eingestrahlt.
Herstellung eines ultraschnellen Zwei-Qubit-Gatters:
“Elektronen in einem Atom” und
“Elektron im anderen Atom”
6,5 Nanosekunden für die Interaktion.
Erfolgreiches “ultraschnelles Zwei-Qubit-Gate”.
Mehr als 2x schneller als Google:
Die 6,5 Nanosekunden, die diesmal kamen und gingen,
„Mehr als doppelt so schnell wie Googles Weltrekord von 15 Nanosekunden im Jahr 2020.“
„Weil es schneller ist als die Zeitskala des Rauschens, konnte der Einfluss des Rauschens vernachlässigt werden.“
Kalte atomare Hardware:
In der Hardwareentwicklung von Quantencomputern
„Supraleitender Typ und Ionenfallentyp“ lagen vorne.
auf der anderen Seite,
Kalte Atomtypen sind “skalierbar”.
“Kalter Atomtyp durchbricht die Grenzen dieser beiden Typen”.
Erfolge diesmal:
Dies wird ein Durchbruch bei der Realisierung eines hochzuverlässigen gekühlten atomaren Quantencomputers sein.
Praktische Anwendung von Quantencomputern:
Für den praktischen Einsatz von Quantencomputern sei es unabdingbar, „die Anzahl der Qubits zu erhöhen und die Skalierung zu erhöhen“.
Supraleitende und Ionenfallen-Typen erreichen eine Obergrenze bei 100 Qubits.
In der Hardware vom Typ Cold Atom sind „10.000 Qubits möglich“ und können hochskaliert werden.
wieder,
“Die Wellennatur des Qubits hält sechs Größenordnungen länger als der supraleitende Typ”, was es zu einer hervorragenden Hardware macht.
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Breakthrough for the realization of ultrafast quantum computers: the world’s fastest 2-Qubit gate between two single atoms
Institute for Molecular Science Main points
• The team succeeded in executing the world’s fastest two-qubit gate (a fundamental arithmetic element essential for quantum computing) using a completely new method of manipulating, with an ultrafast laser, micrometer-spaced atoms cooled to absolute zero temperature.
• For the past two decades, all quantum computer hardware has been chasing faster gates to escape the effects of external noise that can degrade computational accuracy.
• Cold-atom based quantum computers are rapidly attracting attention from industry, academia, and government around the world as revolutionary hardware that breaks through some limitations of superconducting and trapped-ion quantum computers, which are currently the most advanced types of quantum computers.
https://www.ims.ac.jp/en/news/2022/08/0809.html
Ultrafast energy exchange between two single Rydberg atoms on a nanosecond timescale | Nature Photonics