科学探索|斯坦福团队介绍结构精简的光子量子计算机可轻松实现性能扩展斯坦福团队介绍结构精简的光

量子计算机有望在未来某一天将传统计算机远远抛在身后，但到目前为止，过于复杂的特性，还是限制了它的实用性。好消息是，斯坦福大学的一支工程师团队，刚刚介绍了一种相对新颖且简单的量子计算机设计。其中单个原子与一系列光子纠缠在一起，以处理和存储信息。

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研究配图 - 1：
得益于量子物理学的奇妙特性，量子计算机能够执行较传统计算机快得多的计算。而且在信息的存储和处理上，传统计算机只具有“0”和“1”这两种状态，但量子计算机还可以两者兼顾。
这意味着量子计算机的计算能力，会随着量子比特（qubit）的增加而呈现指数级的增长，从而使之能够解决经典计算机无法解决的诸多问题。

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研究配图 - 2：
与此同时，量子计算机也面临着巨大的挑战。一方面，量子计算机运行所依赖的量子效应，对振动或热量等干扰非常敏感，因而现阶段只能努力将之维持在接近绝对零度的环境中。
另一方面，量子计算机的复杂性，会随着机器计算能力的扩展而急剧增加，导致它们的物理尺寸也更大、更笨重。

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研究配图 - 3：
好消息是，斯坦福团队表示，他们的新设计已经相当简单。而且作为一个光子电路，它能够使用某些现成的组件来打造 —— 包括一根光缆、一个分束器、两个光开关、以及一个光腔。
如此一来，这套设计就能够减少量子计算机所需的物理逻辑门的数量。研究一作 Ben Bartlett 表示：“通常情况下，如果你想要构建这种类型的计算机，动辄需要使用数以千计的量子发射器，并将之集成到一个巨大的光子电路中” 。
而斯坦福研究团队的新方案，只需动用一些相对简单的组件，且机器大小不会随着需要运行的量子程序的大小而增加。

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研究配图 - 4：
如图所示，新设计主要由两个部分组成。其一是存储光子的环和散射单元。光子代表着量子比特，且通过绕环行进的方向来决定“0”或“1”的状态。若同时向着两个方向行进，就表明光子呈现了量子叠加态。
为了对光子信息进行编码，系统可将它们引导出环、进入散射单元，然后使之进入包含单个原子的腔。当光子与原子相互作用时，它们会发生纠缠。
在这种量子状态下，两个粒子不再能分开描述。对一个粒子所做的改变，会影响与它结对的那个粒子，而不论它们之间相隔有多远。

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光子量子计算机动图（15s 视频 via）
在光子返回存储环后，设备还可通过激光操纵原子，以完成“写入”操作。研究团队指出，一个原子能够被重置和重复使用，且他们能够在一个环中操纵许多不同的光子。

科学探索|斯坦福团队介绍结构精简的光子量子计算机 可轻松实现性能扩展

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