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量子信息時代存儲器技術(shù)面臨飛躍

2017年07月27日 11:20:54來源：今日頭條-存在之輕點(diǎn)擊量：37152

導(dǎo)讀由經(jīng)典信息走向量子信息的時代，量子存儲器是*的基礎(chǔ)器件。對比經(jīng)典存儲器的功能，量子存儲器應(yīng)當(dāng)是可以存儲量子狀態(tài)的。量子存儲器在量子信息科學(xué)中具有許多重要的功能：

　　【中國安防展覽網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】近來，中國大陸在存儲器領(lǐng)域的發(fā)展再次火熱起來，其中引人關(guān)注的是合肥方面的動作。據(jù)稱，合肥相關(guān)方面投資的合肥長鑫公司將投入約500億元，在合肥打造月產(chǎn)能12.5萬片的12英寸晶圓廠晶圓生產(chǎn)線。另有消息稱，北京兆易創(chuàng)新也將加入該項(xiàng)計(jì)劃。盡管事后兆易創(chuàng)新發(fā)布澄清說明，稱目前僅處于初期接觸階段。但這些信息也說明了合肥正在盡力形成一個存儲器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展聚集地。

　　存儲器的功能就是把信息存儲起來。信息的存儲是是人類文明傳遞的重要手段，也是現(xiàn)代信息技術(shù)的一個核心環(huán)節(jié)。伴隨著人類歷史的發(fā)展，信息存儲的介質(zhì)也在不斷變化。信息可以脫離人本身以文字等形式保存起來并傳遞下去。人們先后使用過石頭雕刻、繩子打結(jié)、書本、磁盤、光盤等各種形式的存儲器?，F(xiàn)代數(shù)字信息處理是基于二進(jìn)制計(jì)算機(jī)的，所以經(jīng)典的存儲器都是存儲比特的，也就是存儲兩種經(jīng)典狀態(tài)之一：0或者1。大量比特的組合構(gòu)成我們所需要的信息。經(jīng)典存儲器隨處可見，包括電腦、手機(jī)內(nèi)的內(nèi)存、硬盤，以及便攜式U盤等。

　　由經(jīng)典信息走向量子信息的時代，量子存儲器是*的基礎(chǔ)器件。對比經(jīng)典存儲器的功能，量子存儲器應(yīng)當(dāng)是可以存儲量子狀態(tài)的。量子存儲器在量子信息科學(xué)中具有許多重要的功能：

　　(1)建立大尺度量子網(wǎng)絡(luò)。

　　量子網(wǎng)絡(luò)是長程量子通信和分布式量子計(jì)算的載體，它可以基于量子糾纏建立起來。單個光子是量子糾纏、量子信息的理想載體，然而單個光子在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳輸面臨指數(shù)級的損耗，單光子穿越100千米光纖的幾率是百分之一，而穿越500千米光纖的幾率則降至100億分之一。一個典型的解決方案是量子中繼，其基本思想是把大尺度網(wǎng)絡(luò)分割成多段小尺度網(wǎng)絡(luò)。比如500千米的量子糾纏傳輸可以分解為五段100千米的短程糾纏，在短程糾纏依次成功建立的條件下，再利用糾纏交換建立遠(yuǎn)程糾纏。大尺度量子網(wǎng)絡(luò)要解決的核心問題就是高性能量子存儲器的物理實(shí)現(xiàn)。

　　(2)構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)。

　　和經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣，通用量子計(jì)算機(jī)也需要量子存儲器(內(nèi)存)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算功能。依據(jù)具體計(jì)算芯片的不同，該存儲器要存儲相應(yīng)的量子信息載體。以線性光學(xué)量子計(jì)算為例，多光子是一種基本的計(jì)算資源，可是直接產(chǎn)生多光子非常困難。存儲器的壽命是產(chǎn)生光子所需要一次操作時間的100倍，那么就可以在存儲器壽命范圍內(nèi)，做大100次重復(fù)嘗試發(fā)射光子直到成功，從而把一個P=1%幾率的光子源轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定性光子源，并進(jìn)一步獲得多光子源。

　　(3)實(shí)現(xiàn)量子U盤。

　　以上提到的應(yīng)用中量子存儲器的壽命一般在秒量級及以下，存儲器都是固定在某個地點(diǎn)配合光子來實(shí)現(xiàn)諸多功能。2015年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)稀土離子摻雜晶體的自旋態(tài)量子相干壽命長達(dá)6小時。這是量子系統(tǒng)相干壽命的高水平，并且有望進(jìn)一步提升至幾天的量級。該結(jié)果對量子信息科學(xué)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。固態(tài)量子存儲器的存儲容量可達(dá)100個量子比特。這個容量已經(jīng)遠(yuǎn)大于地球上所有經(jīng)典存儲器之和。

　　由于量子信息且不可放大，量子存儲器在量子信息中的地位比經(jīng)典存儲器在經(jīng)典信息中的地位更加重要。量子U盤研究當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)是如何把單個光子率地存儲進(jìn)長壽命的自旋態(tài)中以及提高實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)輸中的抗環(huán)境噪聲能力。伴隨以上研究的逐步推進(jìn)，量子U盤有望進(jìn)入實(shí)用環(huán)節(jié)。

　　原標(biāo)題信息存儲技術(shù)面臨飛躍：量子硬盤不再遙遠(yuǎn)

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