一種更簡(jiǎn)單的量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

今天的量子計(jì)算機(jī)構(gòu)建復(fù)雜，難以擴(kuò)大規(guī)模，并且需要比星際空間更冷的溫度才能運(yùn)行。這些挑戰(zhàn)促使研究人員探索構(gòu)建使用光子(光粒子)工作的量子計(jì)算機(jī)的可能性。光子可以輕松地將信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，而光子量子計(jì)算機(jī)可以在室溫下運(yùn)行，因此這種方法很有前景。然而，盡管人們已經(jīng)成功地為光子創(chuàng)建了單獨(dú)的量子“邏輯門”，但構(gòu)建大量的門并以可靠的方式將它們連接起來以執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算仍然具有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，根據(jù)11 月 29 日發(fā)表在Optica上的一篇論文，斯坦福大學(xué)的研究人員提出了一種使用現(xiàn)成組件的更簡(jiǎn)單的光子量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。他們提出的設(shè)計(jì)使用激光來操縱單個(gè)原子，而該原子又可以通過一種稱為“量子隱形傳態(tài)”的現(xiàn)象來改變光子的狀態(tài)。原子可以重置并重新用于許多量子門，無需構(gòu)建多個(gè)不同的物理門，大大降低了構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的復(fù)雜性。

“通常情況下，如果你想建造這種類型的量子計(jì)算機(jī)，你必須采用潛在的數(shù)千個(gè)量子發(fā)射器，讓它們完全無法區(qū)分，然后將它們集成到一個(gè)巨大的光子電路中，”博士候選人 Ben Bartlett 說。在應(yīng)用物理學(xué)和論文的主要作者。“而采用這種設(shè)計(jì)，我們只需要一些相對(duì)簡(jiǎn)單的組件，并且機(jī)器的大小不會(huì)隨著您要運(yùn)行的量子程序的大小而增加。”

這種非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)只需要幾件設(shè)備：一根光纜、一個(gè)分束器、一對(duì)光開關(guān)和一個(gè)光腔。

幸運(yùn)的是，這些組件已經(jīng)存在，甚至可以在市場(chǎng)上買到。它們也在不斷改進(jìn)，因?yàn)樗鼈兡壳坝糜诹孔佑?jì)算以外的應(yīng)用。例如，電信公司多年來一直致力于改進(jìn)光纖電纜和光開關(guān)。

“我們正在提議在這里的努力，人們紛紛提出改進(jìn)這些組件的投資建設(shè)，說：”尚伊·法恩，約瑟夫和工程學(xué)院的麥漢古德曼教授和論文高級(jí)作者。“它們不是專門用于量子計(jì)算的新組件。”

新穎的設(shè)計(jì)

科學(xué)家的設(shè)計(jì)由兩個(gè)主要部分組成：存儲(chǔ)環(huán)和散射單元。存儲(chǔ)環(huán)的功能類似于普通計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存，它是一個(gè)光纖環(huán)路，可容納多個(gè)圍繞該環(huán)行進(jìn)的光子。類似于經(jīng)典計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)信息的位，在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)光子代表一個(gè)量子位，或“量子位”。光子繞存儲(chǔ)環(huán)行進(jìn)的方向決定了量子比特的值，就像比特一樣，可以是 0 或 1。此外，由于光子可以同時(shí)以兩種狀態(tài)存在，因此單個(gè)光子可以同時(shí)在兩個(gè)方向上流動(dòng), 表示同時(shí)為 0 和 1 組合的值。

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