光毯有望提升量子计算机性能学术资讯

团簇态光毯示意图。

量子力学是自然科学中最成功的理论之一。尽管它的预测常常与直觉相悖，但迄今为止，还没有一项实验能够对量子力学理论进行充分的描述。丹麦国家研究基金会宏观量子态中心的研究人员Ulrik Lund Andersen教授等，正致力于解释和利用宏观量子效应。他说：“研究人员认为，量子力学是一种普遍适用的理论。因此，它也应该适用于我们的日常宏观世界——大规模观察量子现象是可能的。这正是我们在努力做的事情。”

在《科学》杂志发表的一篇新论文中，研究人员阐述了他们在室温条件下制造出纠缠、压缩光的方法。这一发现有望为更便宜、更强大的量子计算机奠定基础。他们的工作涉及一个众所周知的复杂量子现象：量子纠缠。量子纠缠表达了事物间的复杂关联，无法单独描述。如果两个物体形成了纠缠，不论相距多远，都必须把它们看作统一的整体。如果单独测量其中某一个物体，得到的结果在一定程度上是有相关性的，这是无法用经典自然法则描述的，只有借助量子力学原理才能进行解释。

量子纠缠不仅仅限于成对物体。为了在宏观尺度上观察量子信息，研究人员成功地组建了一个由30000个纠缠光脉冲构成的网络。这些光脉冲按时间和空间分布，并排列在一个二维晶格中。这看上去就像把无数条彩色的线织成了带图案的毯子。

研究人员制造出了具有特殊量子力学性质的压缩态光束，并用光纤组件将它们编织在一起，形成了具有二维晶格结构的纠缠量子态：团簇态。论文第一作者Mikkel Vilsbøll Larsen说：“与传统团簇态不同，我们利用时间自由度获得了包含30000个光脉冲的二维纠缠晶格。实验设置非常简单。”

团簇态是构建光量子计算机的潜在资源。由于团簇态可以在室温下存在，它具有了替代超导技术的巨大潜力。此外，研究人员还可以对激光的长相干性加以利用：即使相距很远，它也能维持光波精确性。由此，光量子计算机不再需要昂贵的制冷技术。并且激光中携带信息的光量子比特比超导体中使用的超低温电子量子比特更稳定、持久。

Andersen补充说：“通过在空间和时间分布产生的团簇态，光学量子计算机的‘容量’可以很容易地扩展到数百个量子位。这将是新一代量子计算机的有力竞争者。”

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/tuod-bol101719.php