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约瑟夫森结前沿信息_约瑟夫森结的应用(2024年12月实时热点)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：教程更新日期：2024-11-28

约瑟夫森结

【科学家开发新型高保真量子门】日本理化学研究所（RIKEN）量子计算研究中心团队成功开发出一种基于双transmon耦合器（DTC）的量子计算门。DTC作为一种新型可调耦合装置，由两个固定频率的transmon量子比特，对电荷噪声具有较低敏感度的量子比特通过包含额外约瑟夫森结的电路耦合而成。此架构旨在解决量子计算领域的关键难题之一：以高保真度连接量子比特的硬件开发。DTC的灵活性使其能够无缝集成至现有及未来的超导量子处理器中，不仅提升系统的整体性能和可扩展性，也为实现容错量子计算奠定了基础。

《量子力学速成教程》深度解读 𐟌Ÿ 首先，明确一点，这本书并不会让你一夜之间成为量子力学专家。它要求读者已经掌握分析力学、狄拉克算符和希尔伯特空间理论，适合那些已经对量子力学基本原理有深入理解的高级读者。 𐟓š 书中，作者梳理了量子力学的发展脉络，尽管公式可能让人感到困惑，但通过阅读，你可以大致了解对易关系，即坐标和动量的不可交换性。 𐟔 作者还介绍了他的有序算符内的积分方法及其应用，虽然这部分可能比较难以理解。 𐟌 另外，书中提到的超导约瑟夫森结是一个非常有趣的实验现象，值得进一步探索。 𐟒ᠦ€𛧚„来说，这本书适合那些对量子力学有浓厚兴趣并希望深入了解其发展脉络的读者。虽然它不会让你迅速掌握量子力学，但它会为你提供一个清晰的历史视角和深入的理论探索。

#术语# 量子计算（上）量子计算[li㠮gz琠j㬳u㠮]（Quantum computation）（上）遵循量子力学规律的计算模式量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。与经典计算不同，量子计算遵循量子力学规律，它是能突破经典算力瓶颈的新型计算模式。量子计算机，作为执行量子计算任务的设备，以量子比特（qubit）为基本运算单元。在量子计算中，基于量子叠加原理，量子比特的不同状态可被同时存储和处理。量子计算为解决某些经典计算机难以处理的复杂问题提供了新的可能性，有望在密码破译、材料设计以及人工智能等方面得到广泛应用。研制量子计算机是实现量子计算的关键，量子计算机包括离子、中性原子、光子等天然量子比特路线，以及超导约瑟夫森结、量子点等人工量子比特路线。在过去的几年中，这些系统都取了巨大的进展，且已在某些特定的采样问题上实现了量子优越性的展示。我国对量子计算机的所有路线均有布局，2023年，光学系统（“九章号”）和超导系统（“祖冲之号”）均取得了显著的进展。 2023年12月26日，量子计算入选2023年度十大科技名词。基本原理量子力学态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，从而导致量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。随着量子比特数目的增加，对于n个量子比特而言，量子信息可以处于2种可能状态的叠加，配合量子力学演化的并行性，可以展现比传统计算机更快的处理速度。对照于传统的通用计算机，其理论模型是通用图灵机；通用的量子计算机，其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看，量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题，但是从计算的效率上，由于量子力学叠加性的存在，某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。量子位量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的1个位来表示，它不是处于“0”态就是处于“1”态。在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“0”态或“1”态外，还可处于叠加态（superposed state）。叠加态是“0”态和“1”态的任意线性叠加，它既可以是“0”态又可以是“1”态，“0”态和“1”态各以一定的概率同时存在。通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“0”态或“1”态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（ground state）和第1激发态（first excited state)、质子自旋在任意方向的+1/2分量和-1/2分量、圆偏振光的左旋和右旋等。一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态。这里所说的态空间是指由多个本征态（eigenstate)（即基本的量子态）所张成的矢量空间，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector)态空间可用Hilbert空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号|x〉来表示量子态，|x〉是一个列向量，称为ket；它的共轭转置（conjugate t ranspose)用〈x|表示，〈x|是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert空间（即二维复向量空间）的单位向量来描述。叠加原理把量子考虑成磁场中的电子。电子的旋转可能与磁场一致，称为上旋转状态，或者与磁场相反，称为下旋状态。如果我们能在消除外界影响的前提下，用一份能量脉冲能将下自旋态翻转为上自旋态；那么，我们用一半的能量脉冲，将会把下自旋状态制备到一种下自旋与上自旋叠加的状态上（处在每种状态上的几率为二分之一）。对于n个量子比特而言，它可以承载2的n次方个状态的叠加状态。而量子计算机的操作过程被称为幺正演化，幺正演化将保证每种可能的状态都以并行的方式演化。这意味着量子计算机如果有500个量子比特，则量子计算的每一步会对2500种可能性同时做出了操作。2500是一个可怕的数，它比地球上已知的原子数还要多（这是真正的并行处理，当今的经典计算机，所谓的并行处理器仍然是一次只做一件事情）。行动计划 2016年欧盟宣布启动11亿美元的“量子旗舰”计划；德国于2019年8月宣布了6.5亿欧元的国家量子计划；中美两国也在量子科学和技术上投入数十亿美元。这场竞赛旨在建造出在某些任务上的表现优于传统计算机的量子计算机。2019年10月，谷歌宣布一款执行特定计算任务的量子处理器已实现这种量子霸权。 2019年12月6日，俄罗斯副总理马克西姆ⷩ˜🥟𚨎륤뤺Ž索契举行的技术论坛上提出国家量子行动计划，拟5年内投资约7.9亿美元，打造一台实用的量子计算机，并希望在实用量子技术领域赶上其他国家。 2022年7月20日，研究人员在《自然》杂志上发表论文指出，尽管只有一种单一的时间流，但该时段具有两个时间维度的好处，存储在该时段的信息比目前在量子计算机中使用的其他设置更能防止出错。因此，这些信息可在不被篡改的情况下存在很长时间，这是量子计算可行性研究的一个重要里程碑。（未完，待续）～阿泳摘录整理自《百度百科》迈也发布

谷歌前员工新公司推出革命性热力学计算机谷歌前量子计算团队成员创立的新公司Extropic，提出了一种全新的计算方式：利用物质的随机波动来驱动计算。这种方式超越了传统数字计算的限制，有望在速度和能效上秒杀当前的CPU和GPU。他们认为，这种计算方式更接近自然和大脑的计算方式，能够更快地完成任务。这种新型计算方式不仅扩展了硬件的性能界限，而且使得原本在数字处理器上不可行的强大概率AI算法成为可能。相比于当前的CPU、GPU等数字处理器，这种全新的AI加速器在速度和能效上有望实现数个数量级的提升。关于模拟计算，以往主要集中在确定性算法上，但Extropic选择的是随机模拟方法，因为模拟随机系统的数字算法通常具有较弱的收敛性，且每个时间步骤所需的计算量远超其确定性的对应算法。直到最近，技术的进步才使得构建真正随机模拟计算机成为可能。Extropic选择使用超导技术和CMOS技术，因为通过约瑟夫森结可以实现非线性哈密顿动力学的模拟，而CMOS技术则适用于大规模可制造的环境。 Extropic正在开发的项目是一个全栈硬件平台，该平台利用物质自然的波动作为计算资源，为生成式AI提供支持。这种新型计算方式有望突破传统数字计算的限制，将硬件的扩展能力推向新的高度。此外，Extropic还解释了其概率性AI加速器的基本原理和运行原理，该加速器通过有效地解决能量基模型（EBMs）的采样需求问题，实现了在运行时间和能源效率方面的显著提升。总的来说，Extropic的这种新型计算方式有望提升人工智能加速器的性能，开启一个全新的人工智能加速时代。这种计算方式不仅更快、更节能，而且能够完成传统数字处理器无法实现的任务，为人工智能领域带来巨大的变革。

本源量子取得一种量子器件相关专利，提高量子芯片中的约瑟夫森结的均匀稳定性