可挑戰超導技術的“魔毯”，有望提升量子計算機性能_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2019-10-21 15:03
編譯／雷鑫宇 審稿／西莫 責編／張夢
新的團簇態光毯，有望挑戰超導技術，成為新一代量子計算機的候選者。
團簇態光毯示意圖。
量子力學是自然科學中最成功的理論之一。儘管它的預測常常與直覺相悖，但迄今為止，還沒有一項實驗能夠對量子力學理論進行充分的描述。
丹麥國家研究基金會宏觀量子態中心的研究人員Ulrik Lund Andersen教授等，正致力於解釋和利用宏觀量子效應。他説：“研究人員認為，量子力學是一種普遍適用的理論。因此，它也應該適用於我們的日常宏觀世界——大規模觀察量子現象是可能的。這正是我們在努力做的事情。”
在《科學》雜誌發表的一篇新論文中，研究人員闡述了他們在室温條件下製造出糾纏、壓縮光的方法。這一發現有望為更便宜、更強大的量子計算機奠定基礎。
他們的工作涉及一個眾所周知的複雜量子現象：量子糾纏。量子糾纏表達了事物間的複雜關聯，無法單獨描述。如果兩個物體形成了糾纏，不論相距多遠，都必須把它們看作統一的整體。如果單獨測量其中某一個物體，得到的結果在一定程度上是有相關性的，這是無法用經典自然法則描述的，只有藉助量子力學原理才能進行解釋。
量子糾纏不僅僅限於成對物體。為了在宏觀尺度上觀察量子信息，研究人員成功地組建了一個由30000個糾纏光脈衝構成的網絡。這些光脈衝按時間和空間分佈，並排列在一個二維晶格中。這看上去就像把無數條彩色的線織成了帶圖案的毯子。
研究人員製造出了具有特殊量子力學性質的壓縮態光束，並用光纖組件將它們編織在一起，形成了具有二維晶格結構的糾纏量子態：團簇態。論文第一作者Mikkel Vilsbøll Larsen説：“與傳統團簇態不同，我們利用時間自由度獲得了包含30000個光脈衝的二維糾纏晶格。實驗設置非常簡單。”
團簇態是構建光量子計算機的潛在資源。由於團簇態可以在室温下存在，它具有了替代超導技術的巨大潛力。此外，研究人員還可以對激光的長相干性加以利用：即使相距很遠，它也能維持光波精確性。由此，光量子計算機不再需要昂貴的製冷技術。並且激光中攜帶信息的光量子比特比超導體中使用的超低温電子量子比特更穩定、持久。
Andersen補充説：“通過在空間和時間分佈產生的團簇態，光學量子計算機的‘容量’可以很容易地擴展到數百個量子位。這將是新一代量子計算機的有力競爭者。”
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
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https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/tuod-bol101719.php
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