作者:斯坦福大学麦肯齐·普里莱曼
信用:CC0公共领域
今天的量子计算机建造复杂，难以扩大规模，并且需要比星际空间更低的温度才能运行
这些挑战促使研究人员探索建造利用光子——光的粒子——工作的量子计算机的可能性
光子可以很容易地将信息从一个地方带到另一个地方，光子量子计算机可以在室温下工作，因此这种方法很有前途
然而，尽管人们已经成功地为光子创建了单独的量子“逻辑门”，但构建大量的门并以可靠的方式将它们连接起来以执行复杂的计算仍然是一项挑战
根据11月11日发表的一篇论文，斯坦福大学的研究人员提出了一种更简单的光子量子计算机设计，使用了现成的组件
Optica
他们提出的设计使用激光来操纵单个原子，进而通过一种被称为“量子隐形传态”的现象来改变光子的状态
“原子可以被重置并重新用于许多量子门，消除了构建多个不同物理门的需要，大大降低了构建量子计算机的复杂性
博士本·巴特利特说:“通常情况下，如果你想建造这种量子计算机，你必须使用潜在的数千个量子发射器，使它们完全无法区分，然后将它们集成到一个巨大的光子电路中。”
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应用物理学候选人和论文的主要作者
“而采用这种设计，我们只需要少量相对简单的组件，机器的大小不会随着您想要运行的量子程序的大小而增加
" 这个非常简单的设计只需要几件设备:一根光缆、一个分束器、一对光开关和一个光腔
幸运的是，这些组件已经存在，甚至可以在市场上买到
它们也在不断改进，因为它们目前被用于量子计算以外的应用
例如，电信公司多年来一直致力于改进光缆和光开关
“我们在这里提出的建议是建立在人们为改进这些组件所投入的努力和投资的基础上，”工程学院约瑟夫·古德曼教授和该论文的资深作者范善辉说
“它们不是专门用于量子计算的新组件
" 新颖的设计 科学家的设计包括两个主要部分:储存环和散射单元
存储环的功能类似于普通计算机中的存储器，它是一个光纤环，用于保存围绕环传播的多个光子
类似于经典计算机中存储信息的比特，在这个系统中，每个光子代表一个量子比特，或“量子比特”
“光子在存储环周围的传播方向决定了量子比特的值，就像比特一样，可以是0或1
此外，因为光子可以同时以两种状态存在，所以单个光子可以同时向两个方向流动，这表示同时为0和1的组合值
研究人员可以通过将光子从储存环引导到散射单元来操纵光子，光子在散射单元中传播到包含单个原子的空腔中
然后光子与原子相互作用，导致两者“纠缠”，这是一种量子现象，两个粒子甚至可以跨越很远的距离相互影响
然后，光子返回储存环，激光改变原子的状态
因为原子和光子纠缠在一起，操纵原子也会影响其配对光子的状态
巴特利特说:“通过测量原子的状态，你可以将操作传送到光子上。”
“所以我们只需要一个可控的原子量子位，我们可以用它作为代理来间接操纵所有其他的光子量子位
" 因为任何量子逻辑门都可以被编译成对原子执行的一系列操作，所以原则上，你可以只使用一个可控的原子量子位来运行任何大小的量子程序
为了运行一个程序，代码被转换成一系列操作，将光子导入散射单元并操纵原子量子位
因为你可以控制原子和光子相互作用的方式，同一台设备可以运行许多不同的量子程序
巴特利特说:“对于许多光子量子计算机来说，门是光子通过的物理结构，所以如果你想改变正在运行的程序，通常需要对硬件进行物理重新配置。”
“而在这种情况下，你不需要改变硬件——你只需要给机器一套不同的指令
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