【重磅】量子計算新突破：以色列發明按需產生糾纏光子團簇的設備

科學家已經開發出了能保證產生無盡序列糾纏光子的設備。

【編者按】本文轉載自機器之心，來源IBTimes，譯者：李亞洲

以色列科學家發明了一套設備能在一個團簇中產生無限量的糾纏光粒子，這是建立可行的量子計算機所需要的

以色列的科學家在量子計算的研究上取得了重大突破，創造出了一個能夠按需產生糾纏光子（光粒子）大團簇的設備，并保證能夠重復產生同樣無限的結果。

來自以色列理工大學（Technion-Israel Institute of Technology）的研究員采用了該大學Netanel Lindner教授和倫敦帝國理工大學Terry Rudolph教授2009年提出的概念，也就是創造類似于加農炮或機槍的設備保證能按需產生糾纏光子，該概念最終被證實是能夠實現的。

如今，全球一批計算機科學家、工程師、物理學家正在對一個被稱為量子糾纏的奇特現象進行研究，因為糾纏光子可被應用于大量應用中，比如開發能夠解決大數字問題的超快的量子計算機，或量子互聯網中光速一般的超安全的量子通信。

量子糾纏為何對計算很重要

一對糾纏光子

量子糾纏是看起來反直覺的物質即刻影響彼此的過程，例如，地球上一個粒子的測量即刻影響宇宙另一端的另個粒子。

如今的計算機使用0或1的單個二進制值（被稱為一個比特）組成的代碼，而量子計算機由量子比特組成，它處于疊加態，也就是同時可以有1或0的值。光子糾纏對完美適配于該應用，因為每個糾纏對有無論光子間相距多遠都在連接的特性。

然而，問題是目前難以產生糾纏光子對，更難的是產生糾纏光子對團簇，這對完成量子計算機系統的知名數學概念很重要，因為一個團簇狀態意味著所有的量子比特都在以穩健的方式糾纏，以至于無法將它們分離。

如果你在一個非線性晶體上照射一道激光，你有機會產生兩個某個時候糾纏的光子。即使你可以存儲該光子并復制產生過程，你也只有很低的概率創造多個糾纏光子的團簇。

以色列理工大學的科學家是世界上第一個證明產生糾纏對是可能（2006年）的機構，在2014年，斯圖加特大學的研究員證明按需得到糾纏對也是有可能的。這些所有的研究都是使用一個“quantum dot”完成的，這是一個幾十納米的小方塊。它包含嵌入另個半導體的半導體。

在該工作基礎上，理工大學的科學家如今展示了使用quantum dot按需創造一團簇糾纏光子是可能的，同時保證每個團簇將總是包含可預測數量的糾纏光子對。

以色列理工大學物理系的David Gershoni教授說，“我們已經證明了一種產生糾纏光子團簇狀態的新方式。我們確信我們能挨次獲得一個光子，不僅如此，我們也確信每個光子都糾纏有另個光子，等等。”

“如果你丟失一個光子或測量一個光子，其他光子仍舊糾纏。這在之前是從未有過的，能夠得到無限量的糾纏光子。”

該方法可加速量子計算機的發展

以色列理工大學的科學家和他們的激光設備，從左到右：Ido Schwartz、Dan Cogan、David Gershoni 教授、Yaroslav Don 和助理教授 Netanel Lindner

目前建立量子計算機的方式是創造一個有多數量子比特的系統，比如說20個量子比特，然后建立邏輯門，量子比特能夠與彼此進行通信，并執行量子比特的控制交換從而求解大數字的因數。

然而，其中的問題是0和1的值必須要有明確的相，而且并不能持久，所以科學家必須要在量子比特喪失相干性之前足夠快速的激活門運算。

目前，全球的研究人員都在使用粒子或原子建立量子計算機系統，比如IBM ，他們正在使用超導線圈作為量子比特。但Gershoni說理工大學研究人員使用光粒子的解決方案更好。

Gershoni解釋說，“量物質中一個電子的狀態并不簡單，因為它散屑的速度非?？?。物質中的測量非常困難。光子的好處是在空氣中它們不會散屑，而且使用偏振器很容易測量。”

“光是一個電磁場，偏振器可以告訴你電磁場的方向。光能被水平或垂直的偏振，所以在量子比特中，垂直疊加是1 ，水平疊加是0。很容易對光進行測量。如果你知道如何生成團簇狀態，那你就能通過測量團簇狀態中單個量子比特的狀態來做量子計算了。”

該研究成果，已經公開發表在Science上了，論文題目為：Deterministic generation of a cluster state of entangled photons。

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