摘要：量子比特（qubits ）主要因其在量子计算中的作用而闻名，但它们也用于模拟量子模拟，即使用一个控制良好的量子系统来模拟另一个更复杂的量子系统。模拟量子模拟器比数字计算机模拟更高效，就像使用风洞模拟空气动力学定律比求解许多复杂方程来预测气流更简单一样。

洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家在设计谐振器阵列方面取得了突破。谐振器阵列是量子技术的基本元件。这项创新有望创造出更小、更精确的量子器件。

量子比特（qubits ）主要因其在量子计算中的作用而闻名，但它们也用于模拟量子模拟，即使用一个控制良好的量子系统来模拟另一个更复杂的量子系统。模拟量子模拟器比数字计算机模拟更高效，就像使用风洞模拟空气动力学定律比求解许多复杂方程来预测气流更简单一样。

数字量子计算和模拟量子模拟的关键在于能够塑造量子比特相互作用的环境。耦合腔阵列 (CCA) 是实现这一目标的有效工具之一，它是由多个微波腔组成的微型结构，这些腔以重复的模式排列，每个腔都可以与相邻的腔相互作用。这些系统可以为科学家提供设计和控制量子系统的新方法。

晶体中的电子可以阻挡特定频率的电流，从而形成半导体和绝缘体，类似地，在CCA中，光以特定波长的形式传播。通过精心设计这些谐振器的几何形状，科学家可以精确选择光子可以穿过的波长和不能穿过的波长。

由混合量子电路实验室负责人 Pasquale Scarlino 教授领导的 EPFL 团队与 EPFL 光子学和量子测量实验室的 Marco Scigliuzzo 博士以及康斯坦茨大学的 Oded Zilberberg 教授合作，开发出一种采用氮化铌 (NbN) 的 CCA创新设计。氮化铌是一种依赖于称为高动态电感的先进材料特性的超导体，Scarlino 实验室是该领域的领先专家。

Scarlino 和他的团队利用高动态电感，展示了一类新型 CCA，其中每个腔体高度微型化，并且所有腔体的谐振频率中不必要的紊乱被保持在最低限度。这两个特性对于实现未来量子计算和量子模拟所需的功能至关重要。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，展示了创建多达100个高质量腔体的紧凑阵列的能力。他们展示了这些结构的工作原理，并用它们模拟了一种名为光子拓扑绝缘体的材料，这种材料可以以一种非常可控且不同寻常的方式引导光线沿其边缘传播。

该论文的第一作者 Vincent Jouanny 表示：“我们已经在通过研究与这种架构相结合的人造原子来开展这项工作。”

“我们的方法表明，紧凑性和精确性并非对立的目标，而是推进量子器件技术的互补工具，”Scarlino 说道。“这项研究展示了如何通过周到的设计来平衡紧凑性、高阻抗和低无序性，从而为耦合腔阵列打造一个多功能平台，为先进的量子模拟和量子现象的探索开辟新的机遇。”

利用氮化铌的独特性质，EPFL 的研究人员为探索复杂的量子系统和开发可扩展的未来创新平台开辟了新的可能性。耦合腔阵列设计的这一突破，代表着我们朝着更紧凑、更高效、更可靠的量子器件迈出了重要一步。

来源：小晟论科学