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）。

物理與邏輯位元

量子位元是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）。

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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

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