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一种新的实验性处理器结合了实用量子计算所需的许多属性，但这项强大技术的全面实施仍然遥遥无期。
这种演示量子处理器由科罗拉多州博尔德市国家标准与技术研究院 (NIST) 的一组研究人员设计，相关描述发表在今天在线出版的《科学》杂志上的一篇论文中中。该设备允许在少量量子比特（或称量子位）上可靠地应用多个逻辑运算，并通过物理移动量子位在设备上实现近一毫米的信息传输。
该处理器中承载数据的量子位存储在离子中，或被电场捕获在固定位置的带电原子中。信息通过调整量子位的量子态（在本例中为原子的自旋）进行编码，使用激光脉冲。
NIST 的博士后研究员、主要研究作者乔纳森·霍姆说，这种演示处理器因其逻辑运算的稳定组合而引人注目，这有点类似于经典计算机的“与”门和“非”门，以及信息在处理器周围的移动。
霍姆说，过去，量子位的移动通常会降低其上编码的信息，使其超出可用范围。“因此，这里的主要进步是我们现在实施了允许我们不仅移动信息，而且在我们完成所有传输之后，我们可以像在传输之前一样好地处理信息的方法，”他说。
为了保持原子的稳定，霍姆和他的同事采用了一种称为同情冷却的过程。与铍离子量子位一起捕获的镁离子充当制冷剂——关键在于这两种离子与非常不同的光波长相互作用。因此，激光可用于冷却镁制冷剂，镁制冷剂反过来冷却铍离子，而不会影响后者的量子态。“这意味着我们可以照射光，而不会杀死存储在铍中的量子位，”霍姆说。
西雅图华盛顿大学被俘获离子量子计算小组负责人、物理学家鲍里斯·布利诺夫说：“NIST 团队一直在努力实现证明这种架构确实有效的目标，现在他们首次将所有要素结合到一个实验中。”
布利诺夫说：“当然，这仍然是一个非常小的量子信息处理器：只有两个量子位离子和两个用于同情冷却的‘制冷剂’离子。扩展到更多量子位将需要一些努力。”
霍姆欣然承认，新的处理器只是一个小规模的演示，添加更多量子位将很困难。“看起来我们确实拥有在更大的设备中运行所需的所有技术，但实际上构建和控制更大的设备是一项技术挑战，”他说。
霍姆说，即使是新设备，虽然相当可靠，但仍缺乏实用量子计算机所需的保真度。处理器大约 95% 的时间都在工作，但目标是 99.99% 的运行准确率。“所以你可以看到还有很长的路要走，”他说，“为了达到我们想要达到的目标。”