日本東京大學(xué)、德國約翰內(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，最近展示了一種構(gòu)建光子量子計算機(jī)的新方法。該團(tuán)隊沒有使用單個光子，而是采用了激光產(chǎn)生的光脈沖，這一光脈沖可由多個光子組成。相關(guān)研究成果發(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，這意味著它們存儲的信息很容易丟失。為了保證量子計算機(jī)提供可靠的結(jié)果，有必要產(chǎn)生一個真正的糾纏，將幾個物理量子比特連接在一起，形成一個邏輯量子比特。如果其中一個物理量子比特發(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，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，但同時也更容易丟失。
研究團(tuán)隊此次將激光脈沖轉(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誤。因此，無需通過大量光脈沖將單個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程。
研究人員表示，他們只需要一個光脈沖就可獲得一個強(qiáng)大的邏輯量子比特。換句話說，在這個系統(tǒng)中，物理量子比特已經(jīng)等同于邏輯量子比特。這是一個非凡而獨(dú)特的概念。
雖然東京大學(xué)實驗產(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。
物理量子比特是物理系統(tǒng)中的基本單元，是實際存在的，毫無疑問它們會“犯錯”。而邏輯量子比特是一種理想的、抽象的概念，無論計算過程中有多少錯誤，其都能保持結(jié)果的穩(wěn)定性。人們可以把后者當(dāng)成前者的“保護(hù)殼”，譬如編碼邏輯量子比特，讓它的信息留存在物理量子比特里，從而實現(xiàn)對物理量子比特的保護(hù)和容錯。在本次研究中，科學(xué)家已經(jīng)讓物理量子比特幾乎等同于邏輯量子比特，確實可稱為一個了不起的進(jìn)步。
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