为更快的量子计算机铺平道路

自从提出量子力学以来,量子力学就违背了我们自然的思维方式,它迫使物理学家不得不去研究奇特的思想。尽管它们可能难以消化,但量子现象是真实的。什么’更重要的是,在过去的几十年中,科学家证明了这些奇异的量子效应可以用于许多惊人的强大应用:从超安全通信到破解现有安全通信,从模拟复杂的量子系统到有效地求解大型方程组。

提出的最令人兴奋和最困难的量子技术之一是量子计算机。量子逻辑门是量子计算机的基本构建块,但是要构造足够多的逻辑门来执行有用的计算是困难的。在通常的量子计算方法中,按特定顺序应用量子门,一个门先于另一个门。但是最近人们意识到,量子力学允许“叠加量子门”。如果设计正确,这意味着一组量子门可以同时以所有可能的顺序起作用。出乎意料的是,这种效应可用于减少某些量子计算所需的门总数。

一次所有订单

菲利普·沃尔瑟(Philip Walther)领导的一个团队最近意识到,叠加量子门的顺序(一种由卡斯拉夫·布鲁克纳(Caslav Brukner)小组理论上设计的想法)可以在实验室中实现。在量子门阶的叠加中,这是不可能的– even in principle –知道一个操作是在另一个操作之前发生的,还是相反。这意味着可以同时以两个顺序应用两个量子逻辑门A和B。换句话说,门A在B之前先行,而B在A之前先行。来自菲利普·沃尔瑟(Philip Walther)的物理学家’的小组设计了一个实验,其中两个量子逻辑门以两个顺序应用于单个光子。

他们的实验结果证实,不可能确定哪个门首先起作用–但是实验不只是好奇心。“实际上,我们能够运行一种量子算法来比以前任何已知的算法更有效地表征门,”该研究的主要作者洛伦佐·普罗科皮奥(Lorenzo Procopio)说。通过对光子的单次测量,他们探测了两个量子门的特定性质,从而确认了同时以两个顺序应用了这些门。随着向任务添加更多门,与以前的技术相比,新方法变得更加高效。

前进的道路

这是实验室首次实现量子门的叠加。同时,它还被用来成功演示一种新型的量子计算。科学家能够以旧的量子计算方案无法实现的效率完成计算。这项工作为今后有关新型量子计算的研究打开了一扇门。尽管其全部含义仍然未知,但这项工作代表了将物理学基础的理论研究与实验量子计算联系起来的一种新颖而令人兴奋的方式。



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