量子计算更接近于现实世界应用

虽然量子计算市场预计到2030年将达到650亿美元，但在进入现实世界实施之前仍然存在许多障碍。话虽如此，量子计算有潜力解决我们许多最复杂的问题。世界各地的大学和私立机构的研究团队正在努力使其成为现实。

其中一个团队由徐毅（Xu Yi）领导，他是弗吉尼亚大学工程和应用科学学院的电气和计算机工程助理教授。

他的团队在光子设备的物理学和应用方面创造了一个领域，这些设备用于检测和成形光，应用于通信和计算等领域。该团队开发了一个可扩展的量子计算平台，大大减少了实现量子速度所需的设备数量，并能够在一个便士大小的光子芯片上实现。

该团队还包括奥利维尔·普菲斯特（Olivier Pfister），UVA的量子光学和量子信息教授，以及韩国先进科学技术研究所的助理教授李汉碩（Hansuek Lee）。

该研究发表在Nature Communications上。

该研究还得到了物理学博士生杨子姣（Zijiao Yang）和电气和计算机工程博士生曼达娜·贾汉博尔吉（Mandana Jahanbozorgi）的支持，他们是论文的共同第一作者。

量子计算和信息处理

量子计算开启了一种新的信息处理方式，使得您的桌面或笔记本电脑能够处理长字符串的比特信息。一个比特可以持有0或1的值，量子计算机可以并行处理信息，这意味着它们不需要等待一串信息被处理后再处理更多信息。量子比特（qubit）是量子计算的基本构建块，它是一种可以同时为0和1的信息单位。量子模式（qumode）则涵盖了0到1之间的所有变量范围。

研究人员目前正在研究不同的方法，以高效地产生大量的量子模式，从而实现量子速度。

徐毅开发的基于光子的新方法尤其有用，因为光场也是全谱的。这意味着光谱中的每一个光波都有可能成为一个量子单位。徐毅假设，如果光场是纠缠的，光就会达到量子状态。

创建系统

徐毅的团队在一个光学微谐振器中创建了一个量子源，这是一个环形的、毫米大小的结构，包围了光子并在产生显微镜之前生成一个将单个光子转换为多个波长的设备。光在环中循环并积累光功率，这增加了光子之间相互作用的机会，从而产生微组合中的光场的量子纠缠。

徐毅的团队使用多路复用技术来验证从芯片上的单个微谐振器中生成40个量子模式，并证明了量子模式的多路复用可以在集成光子平台上工作。

“我们估计，当我们优化系统时，我们可以从单个设备中生成成千上万的量子模式，”徐毅说。

通过徐毅的多路复用技术，我们正在接近在现实世界条件下使用量子计算，在现实世界条件下不可避免地会出现错误。这些错误是由于量子态和其脆弱的性质引起的。

错误的数量可能需要超过一百万个量子比特来弥补，并且设备的数量会成比例增加。多路复用减少了设备的数量，减少了两个或三个数量级。

徐毅的基于光子的系统还有两个优势。首先，由于光子没有质量，具有光子集成芯片的量子计算机可以在室温下运行或休眠。李还使用标准的光刻技术在硅芯片上制造了微谐振器。这意味着谐振器或量子源可以批量生产。

“我们为推动量子计算工程的前沿和加速从体积光学到集成光子的转变而感到自豪，”徐毅说。“我们将继续探索在光子基础上的量子计算平台中集成设备和电路，并优化其性能。”