量子計算突破   具有量子糾錯能力的多光子脈衝

編譯/高晟鈞

東京大學的研究人員與德國美因茨約翰內斯古騰堡大學(JGU)、還有捷克奧洛穆茨帕拉茨基大學合作,成功使用單一光脈衝創建了一個具有量子糾錯能力的邏輯量子(Logical Qubit)。

量子計算突破,具有量子糾錯能力的多光子脈衝。圖/截取自 ScitechDaily

物理與邏輯位元

量子位元量子電腦的基本運算單元,任何可以達到疊加或是量子糾纏態的粒子(光子、離子或電子等)都可以做為量子位元,更準確地來說,這種位元應該稱之為「物理量子位元」(Physical Qubits)。

更多新聞: 台自研自製首部5位元超導量子電腦 中研院實踐垂直整合應用

但當物理量子位元容易受到外部環境干擾,無法保留足夠長的時間,則容易造成資料遺失。因此談到量子演算法所構成的量子邏輯運算時,通常使用具有量子糾錯能力的「邏輯量子位元」(Logical Qubits)來避免當單一物理量子位元出錯時,其他量子位元仍然可以保留資訊。

目前一般認為一個具有量子糾錯功能的邏輯量子位元,可能需要一千至一萬左右的物理量子位元構成。臺大IBM 量子電腦中心主任張慶瑞曾提到,倘若可以控制量子糾纏,並經過量子糾錯的程序,一台擁有40個邏輯量子位元的量子電腦,便可以達到「兆」位元(1012)才有的運算能力。然而阻礙量子電腦發展的原因,也正是需要大量的物理量子位元。

光子的優勢

許多概念都能套用在量子計算上,不過每個概念都有其缺點所在。例如目前許多大公司包括Google、IBM大多依賴超導體固態系統,這些系統的缺點在於溫度的限制,它們只能在接近絕對零度的溫度下運行。

另一方面,雖然基於光子的量子系統可以在室溫下運作,但單光子只能做為物理量子位元,儘管運行速度比固態量子位元更快,卻也更容易丟失資料。為了避免這種損失,需要將多個單光子脈衝耦合,以構建成一個邏輯量子位元。

光子邏輯位元的新概念

研究團隊並沒有像過往一樣,使用大量光脈衝產生單一光子做為邏輯量子位元;相反地,採用了由多光子所組成的雷射光脈衝,並且本身就具有量子糾錯的特性。

換句話說,物理量子位元在這個系統中,本身就等於了一個邏輯量子位元。儘管其邏輯量子位元的品質尚不足以達到量子糾錯的標準,但這種非凡且獨特的概念,對未來量子電腦的開發是一大創新。

資料來源:ScitechDaily

瀏覽 208 次

覺得不錯的話就分享出去吧!

發佈留言

Back to top button