一种更简单的量子计算机设计

今天的量子计算机构建复杂，难以扩大规模，并且需要比星际空间更冷的温度才能运行。这些挑战促使研究人员探索构建使用光子(光粒子)工作的量子计算机的可能性。光子可以轻松地将信息从一个地方传送到另一个地方，而光子量子计算机可以在室温下运行，因此这种方法很有前景。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具有挑战性。

现在，根据11 月 29 日发表在Optica上的一篇论文，斯坦福大学的研究人员提出了一种使用现成组件的更简单的光子量子计算机设计。他们提出的设计使用激光来操纵单个原子，而该原子又可以通过一种称为“量子隐形传态”的现象来改变光子的状态。原子可以重置并重新用于许多量子门，无需构建多个不同的物理门，大大降低了构建量子计算机的复杂性。

“通常情况下，如果你想建造这种类型的量子计算机，你必须采用潜在的数千个量子发射器，让它们完全无法区分，然后将它们集成到一个巨大的光子电路中，”博士候选人 Ben Bartlett 说。在应用物理学和论文的主要作者。“而采用这种设计，我们只需要一些相对简单的组件，并且机器的大小不会随着您要运行的量子程序的大小而增加。”

这种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纤电缆和光开关。

“我们正在提议在这里的努力，人们纷纷提出改进这些组件的投资建设，说：”尚伊·法恩，约瑟夫和工程学院的麦汉古德曼教授和论文高级作者。“它们不是专门用于量子计算的新组件。”

新颖的设计

科学家的设计由两个主要部分组成：存储环和散射单元。存储环的功能类似于普通计算机中的内存，它是一个光纤环路，可容纳多个围绕该环行进的光子。类似于经典计算机中存储信息的位，在这个系统中，每个光子代表一个量子位，或“量子位”。光子绕存储环行进的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，由于光子可以同时以两种状态存在，因此单个光子可以同时在两个方向上流动, 表示同时为 0 和 1 组合的值。

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