[科普中國]-光量子新算法或能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)算

光量子新算法或能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)算

理論上可處理一百多萬個(gè)量子比特信息

最近，日本科學(xué)家發(fā)明了一種新的光量子計(jì)算方法，通過在光路上連成一列具有時(shí)間先后的光脈沖，實(shí)現(xiàn)了用最小規(guī)模光電路結(jié)構(gòu)有效進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)算操作。

從理論上來說，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度會遠(yuǎn)超現(xiàn)有的超級計(jì)算機(jī)，可用于高速數(shù)據(jù)庫檢索、開發(fā)功能性材料及藥物等各領(lǐng)域。目前世界各國爭相開發(fā)以原子、離子及超導(dǎo)電路為基礎(chǔ)的各種系統(tǒng)通用的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；\(yùn)算，目前數(shù)十個(gè)量子比特的計(jì)算已為極限。即使是使用光子的量子計(jì)算機(jī)，其大規(guī)模擴(kuò)展也是今后長期的難題。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在一個(gè)光路上使用一列光脈沖群，可實(shí)現(xiàn)量子糾纏狀態(tài)下100萬個(gè)光脈沖的制備，實(shí)現(xiàn)某種大規(guī)模量子操作。但這種計(jì)算方法在實(shí)際操作中效率較低，計(jì)算精度有限，尚難以實(shí)現(xiàn)。

東京大學(xué)古澤明團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上的報(bào)告稱，他們的新方法理論上可處理100萬個(gè)以上量子比特的大規(guī)模運(yùn)算。新方法的重點(diǎn)在于：利用環(huán)路結(jié)構(gòu)的光電路，無限反復(fù)使用一個(gè)運(yùn)算基本單位“量子隱形傳態(tài)”電路，進(jìn)行大規(guī)模量子計(jì)算。由于光電路規(guī)?？尚≈翗O限以及計(jì)算效率的提高，新系統(tǒng)避免了利用量子糾纏狀態(tài)計(jì)算方法的缺陷。

與原子、離子、超導(dǎo)電路等類型的量子計(jì)算機(jī)相比，光量子計(jì)算方式運(yùn)算規(guī)模巨大，可在室溫下、空氣中運(yùn)行，能克服量子噪聲極限，適用于光通訊。而且，光量子計(jì)算機(jī)不需要巨大的冷卻設(shè)施和真空設(shè)施。新方法還能促進(jìn)光量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模擴(kuò)展，并大幅減少所需能源和成本，有望為光量子計(jì)算機(jī)帶來創(chuàng)新。

研究團(tuán)隊(duì)表示，今后將分析基于新方法的光量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度，以及如何實(shí)現(xiàn)各種算法，并著手開發(fā)光量子計(jì)算機(jī)。

上海交通大學(xué)物理與天文系金賢敏教授在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)指出，這一方案原理上可以實(shí)現(xiàn)非常多的量子比特，但從理論走向?qū)嶒?yàn)實(shí)現(xiàn)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，包括如何降低光快門和回路耦合損耗等。（記者陳超）

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