最新研发的可编程光学量子计算机

在嵌入笔记本电脑或智能手机的普通硅计算机芯片中，信息呈现为两种状态之一：0或1.在量子计算机中，量子位（或量子位）也可以同时存储和中继两种状态，持有指数级更多的信息。

两个量子比特可以对四个值执行操作，三个在八个值上执行操作，以此类推，两个幂 - 它们可以同时执行此操作，而传统的位必须采用一个位置。因此，量子计算机的速度可能比建立在冯·诺依曼架构上的普通硅计算机快数十亿倍 。作为类比，想象一下能够一次读取整个图书馆而不是一本书。

据估计，具有50个量子比特的量子计算机在解决量子采样问题方面比现在最快的超级计算机更强大。量子计算机能够解决大数据问题，这些问题涉及从大量选项中寻找最佳解决方案，这对于许多医学领域（即蛋白质折叠，基因测序）和气候研究以及安全性（其中一个）非常重要。量子计算机的最大卖点）。黑客可以在您不知道的情况下立即复制您的电子邮件; 然而，量子系统的黑客受到物理定律的约束而留下痕迹。

根据麦肯锡公司的数据，2015年，全球约有7,000名研究人员在该领域工作，每年花费约15亿美元。但尽管该行业努力将量子计算机投入市场，但进展相当缓慢。

像IBM或谷歌这样的大多数量子比特公司已经成功实现了几十个。这些机器中的大多数都在超导线上运行，这些线在接近绝对零度的情况下被冷却。问题在于电子的量子比特基本上与所有事物相互作用，并且避免量子退相干（波函数和量子比特的崩溃）是非常具有挑战性的。然而，在量子计算机设计的另一种方法中，原子不是通过冷却温度而是通过激光保持在原位。

与电子不同，光子不与环境相互作用，因此没有短的相干时间问题。最重要的是，光子可以高精度地进行操作，并以光速快速行进。与此同时，光子刚刚相互穿过的事实也使得科学家们无法像使用超导机器那样使用简单的方法来实现量子操作。

现在，布里斯托大学的研究人员可能找到了一个优雅的解决方案。他们设计了一种硅光子芯片，将光子分成不同的空间模式，沿着固定路径引导光子。该芯片由许多干涉仪组成，这些干涉仪负责将光子分成不同的模式，其中每个模式通过特定的波导。基本上，这个干涉仪的迷宫充当单个门。

为了展示其设备的功能，研究人员实施了98个不同的双量子比特门，每组执行约1,000次测量。操作在93％的时间内成功完成，这与世界上其他类型的量子计算相当。例如，超导量子计算机的完成率约为90％至95％。该团队甚至在光子芯片上运行了优化算法。

值得注意的是，从单个激光光源，芯片产生成对的光子量子位。未来的挑战将是弄清楚如何产生更多相同和纠缠的光子。目前使用的硬件适用于两个量子比特，但对于数百个，您需要完全不同的配置。例如，光子检测器放置在芯片外部。更重要的是，适合足够的移相器和分束器以适应数百个量子比特现在听起来令人生畏，但科学家们相信他们能够做到这一点。