光量子計算機研發(fā)獲進展
光量子計算機研發(fā)獲進展
來源：參考消息網(wǎng)
參考消息網(wǎng)5月21日報道 《日本經(jīng)濟新聞》網(wǎng)站5月2日發(fā)表該網(wǎng)站客座編委吉川和輝的文章《以光制造量子計算機》，內(nèi)容如下：
隨著各種實現(xiàn)量子計算機商業(yè)化的方式展開激烈競爭，人們的注意力開始集中在利用光的量子力學(xué)特性處理信息的光量子計算機上。東京大學(xué)副教授武田俊太郎正在利用他本人8年前發(fā)明的“環(huán)路型光量子計算機”，嘗試非線性計算處理，這是目前光量子方法難以攻克的領(lǐng)域。
2025年1月14日，武田在東京大學(xué)舉行新聞發(fā)布會，公布其在光量子計算機方面的最新研究成果。與NTT（日本電信電話公司）和NICT（日本情報通信研究機構(gòu)）的聯(lián)合研究項目公布的結(jié)果是“全球首次將具有強量子特性的光脈沖引入光量子計算平臺”，這一成果意義重大，據(jù)說是“超越超級計算機的光量子計算機的突破”。
量子計算機“超越超級計算機”似乎理所當(dāng)然。2019年，谷歌宣布利用超導(dǎo)量子計算機200秒內(nèi)完成了超級計算機需要一萬多年才能完成的計算，實現(xiàn)了全球首個“量子霸權(quán)（quantum supremacy）”。
谷歌的“量子霸權(quán)”是針對特定問題實現(xiàn)的，如果不擴大計算規(guī)模、開發(fā)能夠處理大范圍計算的算法、在量子糾錯技術(shù)上取得進展，當(dāng)前的量子計算機就無法與超級計算機競爭。尤其是武田研究的光量子計算機的計算能力存在根本性的弱點。武田說：“我們可以進行相當(dāng)于加法和減法的線性計算，但目前還不能進行相當(dāng)于乘法的非線性計算。”
量子計算機的實用化競爭正在激烈展開，不僅包括光量子，還包括超導(dǎo)、離子阱、冷原子和半導(dǎo)體。在其他方法中，物理系統(tǒng)本質(zhì)是非線性的，因此實現(xiàn)非線性操作相對容易。另一方面，由于光量子計算機中光子之間不直接相互作用，因此很難在硬件層面建立非線性計算機制。
為了解決這個問題，武田嘗試?yán)帽环Q為“薛定諤的貓”的特殊光脈沖狀態(tài)進行量子計算。薛定諤的貓是光的正負(fù)振幅狀態(tài)疊加的特殊量子態(tài)，武田稱之為“具有強量子特性的光脈沖”。
光量子計算機大致可以分為操縱光子的“量子比特方法”和利用光波連續(xù)值疊加的“連續(xù)變量方法”。近年來，武田等人研究的連續(xù)變量方法發(fā)展勢頭強勁，這種光量子計算機常常利用一種被稱為“壓縮光”的特殊光狀態(tài)，即光的量子漲落在特定方向上被壓縮。
壓縮光的量子態(tài)（維格納函數(shù)）的概率分布具有高斯分布形狀。即使使用分束器或移相器等光學(xué)元件操縱高斯光，輸出仍將保持高斯分布。因此，相當(dāng)于加法和減法的線性運算是可以實現(xiàn)的，但是乘法等非線性運算對于當(dāng)前的光學(xué)量子計算機而言很困難。
在這項研究中，武田等人操縱壓縮光產(chǎn)生具有強量子特性的光脈沖（薛定諤貓態(tài)），再利用另一束壓縮光作為輔助進行光量子計算。此運算是一種線性運算，稱為擠壓運算。雖然不涉及非線性計算，但武田表示，“這是世界上第一次將具有強量子特性的光脈沖納入光量子計算平臺”，意義重大。
武田的下一個目標(biāo)是展示非線性計算。通過擴展武田機器的特征——環(huán)路部分以及相當(dāng)于處理器的電路，他們設(shè)想了一個可以使用大量光脈沖進行計算的新平臺。此外，武田相信容錯通用量子計算機（FTQC）的實現(xiàn)將會成為現(xiàn)實，這是量子計算機發(fā)展中的最大主題。
除了開發(fā)光量子計算機，武田還在研究“通用量子光源”，它可以從單一光源產(chǎn)生各種類型的光。
壓縮光、單光子以及用于光學(xué)量子計算機量子糾錯的特殊類型的光（稱為GKP量子比特）目前都是由專用光源產(chǎn)生的。武田說：“如果我們能夠以可編程的方式生成它，不僅可以提高量子計算機的性能，而且有助于提高整個光學(xué)量子技術(shù)的水平?！保ň幾g/劉林）
