一種構(gòu)建光子量子計(jì)算機(jī)的新方法

日本東京大學(xué)、德國(guó)約翰內(nèi)斯·古騰堡大學(xué)和捷克帕拉茨基大學(xué)研究人員組成的團(tuán)隊(duì)，最近展示了一種構(gòu)建光子量子計(jì)算機(jī)的新方法。該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有使用單個(gè)光子，而是采用了激光產(chǎn)生的光脈沖，該脈沖可由多個(gè)光子組成。該研究發(fā)表在新一期《科學(xué)》雜志上。

量子比特非常容易受到外部影響，這意味著它們存儲(chǔ)的信息很容易丟失。為了保證量子計(jì)算機(jī)提供可靠的結(jié)果，有必要產(chǎn)生一個(gè)真正的糾纏，將幾個(gè)物理量子比特連接在一起，形成一個(gè)邏輯量子比特。如果其中一個(gè)物理量子比特發(fā)生故障，其他量子比特將保留信息。然而，阻礙功能量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要困難之一是需要大量的物理量子比特。

單光子通常用作物理量子比特。從某種意義上說(shuō)，這些光子是微小的光粒子，本質(zhì)上比固態(tài)量子比特運(yùn)行得更快，但同時(shí)也更容易丟失。為了避免量子比特丟失和其他錯(cuò)誤，有必要將幾個(gè)單光子光脈沖耦合在一起以構(gòu)建邏輯量子比特。

研究團(tuán)隊(duì)此次將激光脈沖轉(zhuǎn)換為量子光學(xué)狀態(tài)，從而提供了糾正錯(cuò)誤的固有能力。雖然該系統(tǒng)僅由激光脈沖組成，但原則上它可立即消除錯(cuò)誤。因此，無(wú)需通過(guò)大量光脈沖將單個(gè)光子生成為量子比特，然后讓它們作為邏輯量子比特相互作用這一過(guò)程。

研究人員表示，他們只需要一個(gè)光脈沖就可獲得一個(gè)強(qiáng)大的邏輯量子比特。換句話說(shuō)，在這個(gè)系統(tǒng)中，物理量子比特已經(jīng)等同于邏輯量子比特。這是一個(gè)非凡而獨(dú)特的概念。

雖然東京大學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的邏輯量子比特的質(zhì)量還不足以提供必要的容錯(cuò)水平。但新研究清楚地表明，使用最具創(chuàng)新性的量子光學(xué)方法將不可普遍校正的量子比特轉(zhuǎn)換為可校正的量子比特是可能的。

相關(guān)鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk7560