美国能源部(Department of Energy)橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员展示了一种新的控制量子信息编码光子的方法。他们的研究发表在《光学》杂志上。

  约瑟夫·卢肯斯、布莱恩·威廉姆斯、尼古拉斯·彼得斯和帕维尔·洛戈夫斯基是ORNL量子信息科学小组的研究科学家，他们同时对编码在不同频率光子上的两个量子位进行不同的、独立的运算，这是线性光学量子计算的关键能力。量子位是量子信息的最小单位。

  使用频率编码量子位的量子科学家已经能够对两个量子位并行执行单个操作，但这还不足以进行量子计算。

  “要实现通用的量子计算，你需要能够同时对不同的量子位进行不同的运算，这就是我们在这里所做的，”卢戈夫斯基说。

  根据卢戈夫斯基的说法，该团队的实验系统——包含在一根光纤中的两个纠缠光子——是“你能想象的最小的量子计算机”。这篇论文标志着我们基于频率的通用量子计算方法的首次展示。

  卢肯斯说:“许多研究人员都在讨论用光子处理量子信息，甚至使用频率。“但没有人想过在相同的空间，通过相同的光纤线发射多个光子，并对它们进行不同的操作。”

  该团队的量子频率处理器允许他们操纵光子的频率，从而产生叠加，这种状态使量子运算和计算成为可能。

  与经典计算中编码的数据位不同，编码在光子频率中的叠加量子位的值是0和1，而不是0或1。这种能力允许量子计算机在比现在的超级计算机更大的数据集上同时执行操作。

  使用他们的处理器，研究人员展示了97%的干涉可见性——测量两个光子有多相似——而在类似的研究中，返回的可见性为70%。他们的结果表明，光子的量子态实际上是相同的。

  研究人员还应用了一种与机器学习相关的统计方法，以证明这些操作是在非常高的保真度和完全受控的情况下完成的。

  威廉姆斯说:“与使用更常用的统计方法相比，我们能够利用贝叶斯推理提取出更多关于实验系统量子态的信息。”

  “这项工作代表了我们团队的过程第一次返回了一个实际的量子结果。”

  威廉姆斯指出，他们的实验装置提供了稳定性和控制性。“当光子在设备中走不同的路径时，它们会经历不同的相变，这就导致了不稳定，”他说。“当它们通过同样的设备时，在这种情况下，光纤链，你有更好的控制。”

  稳定性和控制使量子运算能够保存信息，减少信息处理时间，提高能源效率。研究人员将他们从2016年开始的正在进行的项目与将连接在一起使大规模量子计算成为可能的构建块进行了比较。

  彼得斯说:“在采取下一个更复杂的步骤之前，你必须采取一些步骤。“我们以前的项目专注于发展基本能力，使我们现在能够在全量子领域以全量子输入态工作。”

  卢肯斯说，研究小组的结果表明，“我们可以控制量子位元的量子态，改变它们之间的相互关系，并利用标准电信技术对它们进行修改，使之适用于推进量子计算。”

  他补充说，一旦量子计算机的构建模块全部就位，“我们就可以开始连接量子设备，构建量子互联网，这是下一个激动人心的步骤。”

  不同的超级计算机处理信息的方式各不相同，反映了不同的开发人员和工作流程的优先级，量子设备将使用不同的频率工作。这将使连接它们变得具有挑战性，以便它们能够像今天的计算机在internet上交互的方式那样一起工作。

  这项工作是该小组先前在标准电信技术上演示量子信息处理能力的扩展。此外，他们说，利用现有的光纤网络基础设施进行量子计算是可行的:已经投入了数十亿美元，量子信息处理代表了一种新的用途。

  研究人员说，他们的工作的这种“完整的循环”是非常令人满意的。“我们一起开始了我们的研究，希望探索在量子信息处理中使用标准电信技术。贵州网络推广,朋和网络科技建设经验,50人团队,2000+客户的信赖之选.打造企业专属网络营销部门专业公司提供 贵州网络推广 专属定制服务,欢迎点击咨询，我们专注于高端网站定制设计、建设、优化、开发。