通過(guò)耶魯大學(xué)的一個(gè)研究小組的努力，被廣泛稱為科技研究“圣杯”的量子計(jì)算又向?qū)嶋H應(yīng)用邁進(jìn)了一大步。該小組最近發(fā)明了一種新的方法來(lái)改變光子的量子狀態(tài)，基本粒子研究人員希望利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)制造量子記憶體。
這項(xiàng)研究發(fā)表在本月的《 Nature》雜志上，以及 arXiv網(wǎng)站建設(shè)上。
普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)在0和1的二進(jìn)制系統(tǒng)上運(yùn)行，稱為“比特”（bit）。但量子計(jì)算機(jī)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)更為強(qiáng)大。它們可以在量子比特（qubit）上運(yùn)算，可以計(jì)算0和1之間的數(shù)值。例如，一個(gè)量子位可以是90%的“0”和10%的“1”。
到目前為止，我們已經(jīng)看到了一些量子計(jì)算機(jī)的雛形，可以做簡(jiǎn)單的計(jì)算，但一個(gè)成熟的量子計(jì)算機(jī)由許多能夠執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算的量子位組成，其復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
在量子計(jì)算機(jī)中，量子位相當(dāng)于一個(gè)處理器。但是你還需要某種形式的量子RAM。耶魯大學(xué)的研究人員之一Gerhard Kirchmair解釋道，光子是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗麄兛梢员Ａ艉荛L(zhǎng)一段時(shí)間及距離的量子態(tài)。不過(guò)你需要時(shí)不時(shí)地改變存儲(chǔ)在光子中的量子信息。耶魯?shù)难芯啃〗M開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是暫時(shí)使所使用的光子用于記憶“可寫(xiě)”，然后將其切換到一個(gè)更穩(wěn)定的狀態(tài)。
要做到這一點(diǎn)，研究人員利用了一種被稱為“Kerr”的介質(zhì)。一個(gè)普通的材料將折射光線，但Kerr介質(zhì)將以不同的方式折射一個(gè)刺激，這取決于刺激的程度。Kerr介質(zhì)中光子的量子態(tài)可以用微波場(chǎng)進(jìn)行很容易地操控。
但是一直將這些記憶光子存儲(chǔ)在Kerr媒介中會(huì)很不穩(wěn)定，所以研究人員發(fā)明了一種方法，將一個(gè)真空的鋁制諧振器放進(jìn)Kerr介質(zhì)中，使它與一個(gè)量子位進(jìn)行耦合。當(dāng)諧振器是解耦的，光子是穩(wěn)定的。當(dāng)諧振器耦合時(shí)，光子是“可寫(xiě)”的。
另外，有的研究人員還發(fā)現(xiàn)了以其他方式穩(wěn)定光子的更復(fù)雜的改變方式，但Kirchmair表示他們的方法更簡(jiǎn)單、更實(shí)用。
這只是讓量子計(jì)算進(jìn)一步實(shí)用需要的一個(gè)重要步驟。去年，研究人員宣布了 一個(gè)新的方法來(lái)創(chuàng)造光子，和用其他方法來(lái)開(kāi)發(fā) 單一的原子晶體管。
