一種更簡單的量子計算機設計

今天的量子計算機構建復雜，難以擴大規(guī)模，并且需要比星際空間更冷的溫度才能運行。這些挑戰(zhàn)促使研究人員探索構建使用光子(光粒子)工作的量子計算機的可能性。光子可以輕松地將信息從一個地方傳送到另一個地方，而光子量子計算機可以在室溫下運行，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)建了單獨的量子“邏輯門”，但構建大量的門并以可靠的方式將它們連接起來以執(zhí)行復雜的計算仍然具有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，根據(jù)11 月 29 日發(fā)表在Optica上的一篇論文，斯坦福大學的研究人員提出了一種使用現(xiàn)成組件的更簡單的光子量子計算機設計。他們提出的設計使用激光來操縱單個原子，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，無需構建多個不同的物理門，大大降低了構建量子計算機的復雜性。

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

這種非常簡單的設計只需要幾件設備：一根光纜、一個分束器、一對光開關和一個光腔。

幸運的是，這些組件已經(jīng)存在，甚至可以在市場上買到。它們也在不斷改進，因為它們目前用于量子計算以外的應用。例如，電信公司多年來一直致力于改進光纖電纜和光開關。

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

新穎的設計

科學家的設計由兩個主要部分組成：存儲環(huán)和散射單元。存儲環(huán)的功能類似于普通計算機中的內(nèi)存，它是一個光纖環(huán)路，可容納多個圍繞該環(huán)行進的光子。類似于經(jīng)典計算機中存儲信息的位，在這個系統(tǒng)中，每個光子代表一個量子位，或“量子位”。光子繞存儲環(huán)行進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，由于光子可以同時以兩種狀態(tài)存在，因此單個光子可以同時在兩個方向上流動, 表示同時為 0 和 1 組合的值。

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