科學家觀測到的雙光子量子漫步現象

綜合英美媒體9月18日報道，由英國布里斯托爾大學領導的國際研究小組日前成功研制出速度更快、信息存儲量更大的光粒子（以下簡稱光子）芯片，為量子計算開辟了新道路。科學家相信，人類有望在10年內制造出量子計算機，實現傳統計算機無法完成的復雜運算。

***為量子計算機開辟新道路

量子計算機是一種全新的基于量子理論的計算機。不同于使用二進制或三極管的傳統計算機，量子計算機應用的是量子比特，可以同時處在多個狀態，而非像傳統計算機那樣只能處于0或1的二進制狀態。鑒于這種特性，量子計算機可存儲和處理的信息是傳統計算機不可企及的。

布里斯托爾大學量子光學中心主任杰里米?奧布萊恩教授說：“過去科學界普遍認為，量子計算無法在25 年內實現，但現在我們相信，利用新的光子芯片技術，超越傳統計算機的量子計算機10 年之內就可能誕生。”

  一便士（左）和光子芯片對比圖

*** 首次實現雙光子的量子漫步

奧布萊恩教授介紹稱，在實驗中，研究者成功讓兩個完全相同的光子“走”過一個硅芯片上的電路網，從而完成了一種被稱為量子漫步（Quantum Walk）的物理過程。之前已有研究人員搞過單光子的量子漫步，此次雙光子的量子漫步則是首次實現和被觀測到。接下來，科學家還要在這種光子芯片上進行三光子甚至多光子的量子漫步。

“從單光子到雙光子并不是簡單的跨越，要實現光子間的這種相互作用，必須保證這兩個光子在所有方面完全相同。通過操縱雙光子系統，計算能力將得到指數級提高，”奧布萊恩教授說道。

***能解決“不計其數”的難題

“這項技術開辟了量子信息科學的一個新領域，為實現量子計算鋪平了道路，而量子計算的實現將幫助我們理解最為復雜的科學問題。”

雖然前路艱難，但這一研究未來極有可能帶來一系列重大科學突破——如果說單光子的量子漫步能產生10項突破，那么雙光子的量子漫步就能有100項，三光子就能有1000項，更多光子的量子漫步所能為人類解決的難題是難以估計的。

***亦可用于更多領域

“我們的技術不僅能幫助人們更好地理解這些重要的物理現象，還能應用在高效太陽能電池、超高速搜索引擎、高科技材料和新藥開發等領域。基于多光子量子漫步的量子計算機則可用來模擬諸如超導、光合作用等由量子力學規律主導的復雜現象，”奧爾布萊恩教授說。

現在，這個由布里斯托爾大學、日本東北大學、以色列魏茨曼科學研究所和荷蘭屯特大學的科學家組成的國際研究小組將利用光子芯片來進行量子力學模擬，并準備通過增加光子數和增大芯片尺寸等手段來完成更復雜的實驗。

（來源：中國日報網 梁杉 編輯：劉純萍）