科學(xué)家觀測到的雙光子量子漫步現(xiàn)象

綜合英美媒體9月18日報道，由英國布里斯托爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)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(xué)家相信，人類有望在10年內(nèi)制造出量子計算機(jī)，實現(xiàn)傳統(tǒng)計算機(jī)無法完成的復(fù)雜運算。

***為量子計算機(jī)開辟新道路

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

布里斯托爾大學(xué)量子光學(xué)中心主任杰里米?奧布萊恩教授說：“過去科學(xué)界普遍認(rèn)為，量子計算無法在25 年內(nèi)實現(xiàn)，但現(xiàn)在我們相信，利用新的光子芯片技術(shù)，超越傳統(tǒng)計算機(jī)的量子計算機(jī)10 年之內(nèi)就可能誕生。”

  一便士（左）和光子芯片對比圖

*** 首次實現(xiàn)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(wǎng)，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(xiàn)和被觀測到。接下來，科學(xué)家還要在這種光子芯片上進(jìn)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(xiàn)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(tǒng)，計算能力將得到指數(shù)級提高，”奧布萊恩教授說道。

***能解決“不計其數(shù)”的難題

“這項技術(shù)開辟了量子信息科學(xué)的一個新領(lǐng)域，為實現(xiàn)量子計算鋪平了道路，而量子計算的實現(xiàn)將幫助我們理解最為復(fù)雜的科學(xué)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(xué)突破——如果說單光子的量子漫步能產(chǎn)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(lǐng)域

“我們的技術(shù)不僅能幫助人們更好地理解這些重要的物理現(xiàn)象，還能應(yīng)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(fā)等領(lǐng)域。基于多光子量子漫步的量子計算機(jī)則可用來模擬諸如超導(dǎo)、光合作用等由量子力學(xué)規(guī)律主導(dǎo)的復(fù)雜現(xiàn)象，”奧爾布萊恩教授說。

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

（來源：中國日報網(wǎng) 梁杉 編輯：劉純萍）