(圖片來源于：布里斯托大學(xué))

光子量子計(jì)算機(jī)，比起今天的數(shù)字電子微處理器，可達(dá)到指數(shù)級(jí)的速度，并且更加強(qiáng)有力。為了將這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，光子電路必須和普通的微處理器一樣，首先要可以高效處理多任務(wù)。布里斯托大學(xué)以及日本電信電話公司(NTT)宣稱，已經(jīng)開發(fā)出了一種完全可重新編程的量子光處理芯片，能夠以無限種方式操作和解碼光子。這項(xiàng)研究的成果在科學(xué)雜志上發(fā)表。

組成

新的設(shè)備可以使用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)行制造，由玻璃和硅構(gòu)成，具有六個(gè)波導(dǎo)管用于通用線性光學(xué)轉(zhuǎn)換，和15個(gè)集成干涉儀(設(shè)備在一個(gè)光子束上又添加了一個(gè)光子束，來尋找異常亮度和相位)，每個(gè)都可以單獨(dú)編程。這樣使得一系列不同的量子處理器操作，可以同時(shí)進(jìn)行。

可編程

穩(wěn)定以及快速的可重編程的芯片體系結(jié)構(gòu)，可以通過軟件代碼來變。這意味著一個(gè)大規(guī)模的基于目前設(shè)計(jì)的量子實(shí)驗(yàn)，可以連續(xù)或者同步的快速進(jìn)行，使得無數(shù)未來協(xié)議得以實(shí)現(xiàn)。

“我們一旦寫了每個(gè)電路的代碼，幾秒鐘后重新編程芯片，幾毫秒后，芯片切換至新實(shí)驗(yàn)，”布里斯托大學(xué)的博士生和研究團(tuán)隊(duì)成員，Jacques Carolan說道。“我們?yōu)榱诉@幾個(gè)小時(shí)，進(jìn)行了一年的實(shí)驗(yàn)。我們真正感到激動(dòng)的是，使用這些芯片去開發(fā)新科學(xué)。芯片被封裝和制造，這樣我們永遠(yuǎn)不需要重新調(diào)整它。我們一天就可以執(zhí)行1000多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)。這在幾年前是不可想象的。”

布里斯托大學(xué)的研究人員 (從左到右): Chris Sparrow, Chris Harrold, Jacques Carolan，Anthony Laing博士

(圖片來源于：布里斯托大學(xué))

價(jià)值

光子輸入和輸出的數(shù)量，意味著新的處理器可以馬上應(yīng)用于新研究領(lǐng)域。它們能夠產(chǎn)生“幺正性”。這些數(shù)學(xué)運(yùn)算符，能夠應(yīng)用于一些列的量子位，執(zhí)行與標(biāo)準(zhǔn)的電子邏輯處理器相當(dāng)?shù)牟紶柎鷶?shù)運(yùn)算，也稱為量子門。事實(shí)上，它能夠一次處理巨大的數(shù)量計(jì)算，意味著它能夠仿真標(biāo)準(zhǔn)邏輯陣列的性能。

這種技術(shù)內(nèi)在的靈活性，也可以導(dǎo)致一種“普遍性的”狀態(tài)，通用量子計(jì)算機(jī)可以有效地模仿任意的數(shù)字計(jì)算機(jī)。盡管，這仍然還在適度規(guī)模。但是，如果研究人員的工作完成了大部分的實(shí)現(xiàn)，這意味著朝著設(shè)計(jì)和創(chuàng)造大規(guī)模通用的量子計(jì)算機(jī)，邁出了標(biāo)志性的一步。

未來

開發(fā)下一步的工作，將是擴(kuò)大它的功能和能力，證明技術(shù)可以用于和日本電報(bào)電話公司合作的通信領(lǐng)域，以及其他的電腦和網(wǎng)絡(luò)公司。

布里斯托大學(xué)成為“量子云”服務(wù)的先鋒,作為量子計(jì)算研發(fā)的巨大激勵(lì)的一部分，允許公眾可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問正在工作的量子處理器，并計(jì)劃在將來增加更多的芯片。

“在過去的10年里，我們已經(jīng)建立了光量子計(jì)算技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)，量子信息領(lǐng)域的專家們，可以將進(jìn)入通信領(lǐng)域的研究和工程實(shí)踐。”布里斯托大學(xué)的量子光學(xué)研究中心的主任Jeremy O'Brien教授說道。“我們要發(fā)展模型，實(shí)現(xiàn)我們量子計(jì)算機(jī)的愿景。”