[科普中国]-光量子新算法或能实现大规模运算

光量子新算法或能实现大规模运算

理论上可处理一百多万个量子比特信息

最近，日本科学家发明了一种新的光量子计算方法，通过在光路上连成一列具有时间先后的光脉冲，实现了用最小规模光电路结构有效进行大规模运算操作。

从理论上来说，量子计算机的运算速度会远超现有的超级计算机，可用于高速数据库检索、开发功能性材料及药物等各领域。目前世界各国争相开发以原子、离子及超导电路为基础的各种系统通用的量子计算机。

量子计算机很难实现大规模化运算，目前数十个量子比特的计算已为极限。即使是使用光子的量子计算机，其大规模扩展也是今后长期的难题。近年来，科学家发现在一个光路上使用一列光脉冲群，可实现量子纠缠状态下100万个光脉冲的制备，实现某种大规模量子操作。但这种计算方法在实际操作中效率较低，计算精度有限，尚难以实现。

东京大学古泽明团队发表在《物理评论快报》上的报告称，他们的新方法理论上可处理100万个以上量子比特的大规模运算。新方法的重点在于：利用环路结构的光电路，无限反复使用一个运算基本单位“量子隐形传态”电路，进行大规模量子计算。由于光电路规模可小至极限以及计算效率的提高，新系统避免了利用量子纠缠状态计算方法的缺陷。

与原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比，光量子计算方式运算规模巨大，可在室温下、空气中运行，能克服量子噪声极限，适用于光通讯。而且，光量子计算机不需要巨大的冷却设施和真空设施。新方法还能促进光量子计算机大规模扩展，并大幅减少所需能源和成本，有望为光量子计算机带来创新。

研究团队表示，今后将分析基于新方法的光量子计算机的计算精度，以及如何实现各种算法，并着手开发光量子计算机。

上海交通大学物理与天文系金贤敏教授在接受科技日报记者采访时指出，这一方案原理上可以实现非常多的量子比特，但从理论走向实验实现仍然面临巨大挑战，包括如何降低光快门和回路耦合损耗等。（记者陈超）

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