一种从“噪声”中读取数据的新方法，有望研发量子计算机

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发布时间：2023-11-20

德国杜伊斯堡-埃森大学开发的一种方法可以从嘈杂的信号中读取数据：理论物理学家和他们的实验同行为此进行了合作，并在著名期刊《物理评论研究》（Physical Review Research）上发表了他们的研究成果。

开放式低温恒温器内部一览：在操作过程中，装有样品的载玻片在-270°C左右的真空中进行分析

汽车收音机里有一句名言：信号越弱，噪音越大。实验室测量更是如此。现在，研究人员描述了一种从噪声中提取数据的方法；他们所描述的方法对量子计算机也可能具有重要意义。

卷积计算机中的比特，即状态1（电流接通）或状态0（电流断开），在量子计算机中由量子比特（简称量子比特）接管。要做到这一点，量子比特需要确定且可区分的状态，但它们可以同时重叠，因此计算能力是目前计算机的数倍。这意味着它们也可以用于当今超级计算机不堪重负的地方，例如搜索超大型数据库。

在合作中，研究人员对包括量子点在内的最小结构及其变化进行了研究。这些纳米级的结构可以在实验室中定制其电子和光学特性。简单地说，它们的电子可以有两种不同的旋转方向（“自旋上升”和“自旋下降”）。量子计算机所需的量子比特就是这样实现的。这些量子比特应该尽可能长时间地保持稳定，这样就不会丢失任何信息。

埃里克·克莱因赫伯斯（Eric Kleinherbers）博士解释说：“通过我们的新技术，我们能够证明自旋状态是可以特别制备的，同时还能确定这种状态能维持多长时间。”他不久前还是尤尔根·柯尼希（Jürgen König）教授领导的理论物理小组的博士后，现就职于加利福尼亚大学洛杉矶分校。

为此，量子点样品被长期暴露在激发激光下，由此产生的噪声被长期记录下来。克莱因赫伯斯周围的理论物理学家成功地从这个看似随机的光信号中提取出了自旋态的寿命。

自组装的InAs量子点在外加磁场（紫色）和激光场（橙色）中共振驱动一个三重子（trion）

量子点与电子贮存器耦合，可实现隧穿事件

量子点系统的相关状态和转换

信息论先驱罗尔夫-兰道尔（Rolf Landauer）早在1998年就预测到了这一发现，并用“噪声就是信号！”这句话进行了总结。现在所使用的技术甚至可以重新评估看似无用的旧数据，并发现了以前一直隐藏的信号。

参考链接：

[1]https://www.uni-due.de/2023-11-08-extracting-information-from-noise

[2]https://phys.org/news/2023-11-eavesdropping-electron-method-noise.html

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