研究人員用量子點(diǎn)構(gòu)建了類(lèi)似晶體管的門(mén)用于量子信息處理

量子信息處理有望比當(dāng)今的超級(jí)計(jì)算機(jī)更快，更安全地實(shí)現(xiàn)，但由于其構(gòu)造塊，量子位非常不穩(wěn)定，因此它尚不存在。

普渡大學(xué)的研究人員是首批使用qud建造門(mén)的人，這可能是當(dāng)今計(jì)算機(jī)中用于處理信息的晶體管的量子版本。量子位只能存在于0和1狀態(tài)的疊加中，而量子則存在于多個(gè)狀態(tài)中，例如0和1和2。更多狀態(tài)意味著可以對(duì)更多數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和處理。

該門(mén)不僅具有比量子位門(mén)更高的效率，而且還具有更高的穩(wěn)定性，因?yàn)檠芯咳藛T將這些量子位包裝在光子中，而光子是不容易受到周?chē)h(huán)境干擾的光粒子。研究人員的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在npj Quantum Information中。

門(mén)還創(chuàng)建了迄今為止最大的量子粒子糾纏態(tài)之一-在這種情況下是光子。糾纏是一種量子現(xiàn)象，它使一個(gè)粒子上的測(cè)量結(jié)果自動(dòng)影響另一粒子上的測(cè)量結(jié)果，從而使各方之間的通信變得不可中斷，或者將量子信息從一個(gè)點(diǎn)傳送到另一個(gè)點(diǎn)。

在所謂的希爾伯特空間(可以進(jìn)行量子信息處理的領(lǐng)域)中糾纏得越多越好。

先前的光子方法能夠達(dá)到希爾伯特空間中六個(gè)糾纏光子編碼的18個(gè)量子位。普渡大學(xué)的研究人員使用僅在兩個(gè)光子中編碼的四個(gè)qud(相當(dāng)于20量子比特)來(lái)最大化與門(mén)的糾纏。

在量子通信中，少即是多。普渡大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的博士后研究員Poolad Imany說(shuō)：“光子在量子意義上是昂貴的，因?yàn)樗鼈冸y以生成和控制，因此理想的是將盡可能多的信息封裝到每個(gè)光子中。”

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)在兩個(gè)光子中每個(gè)光子的時(shí)域中編碼一個(gè)Qudit，在頻域中對(duì)另一個(gè)Qudit編碼，從而用更少的光子實(shí)現(xiàn)了更多的糾纏。他們使用在每個(gè)光子中編碼的兩個(gè)qud建立了一個(gè)門(mén)，總共有32個(gè)維度(時(shí)間和頻率)的四個(gè)qud。尺寸越大，糾纏越多。

從在頻域中糾纏的兩個(gè)光子開(kāi)始，然后操作門(mén)以糾纏每個(gè)光子的時(shí)域和頻域，將生成四個(gè)完全糾纏的qudits，它們占據(jù)了1,048,576維的希爾伯特空間，即四次冪的32。

通常，建立在光子平臺(tái)上的門(mén)只能操縱部分光子中編碼的量子信息，因?yàn)楣庾幼匀徊粫?huì)很好地相互作用，因此很難根據(jù)一個(gè)光子的狀態(tài)來(lái)操縱一個(gè)光子的狀態(tài)。另一個(gè)。通過(guò)在光子的時(shí)域和頻域中對(duì)量子信息進(jìn)行編碼，普渡大學(xué)的研究人員使確定性而非概率性的量子門(mén)操作成為可能。

該團(tuán)隊(duì)使用了光通信行業(yè)中日常使用的一套標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)該門(mén)。

普渡大學(xué)Scifres家庭電氣與計(jì)算機(jī)工程系著名教授安德魯·韋納(Andrew Weiner)說(shuō)：“這個(gè)門(mén)使我們能夠以可預(yù)測(cè)的確定性方式操縱信息，這意味著它可以執(zhí)行某些量子信息處理任務(wù)所需的操作。”在超快光學(xué)中。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)希望在諸如高維量子隱形傳態(tài)等量子通信任務(wù)中使用門(mén)，以及在諸如量子機(jī)器學(xué)習(xí)或模擬分子等應(yīng)用中執(zhí)行量子算法。