光量子计算是什么
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发布于：2024-10-09
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- 光量子计算是以光子为信息载体的量子计算技术，是集量子物理学、光科学工程和计算机科学等学科交叉融合发展起来的新一代信息技术。以下是关于光量子计算的一些重要信息：
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- 基本原理：
- 量子比特特性：在经典计算机中，一个比特的状态只能是 0 或 1；而在光量子计算中，量子比特（可以用光子的偏振等特性来表示）不仅可以是 0 或 1，还可以同时处于两者的叠加态，即既有一定的概率是 0，也有一定的概率是 1，在没有确切测量之前可以被认为同时是 0 和 1。这使得量子计算机可以同时进行多组不同的运算，运算效率远远大于普通的计算机。
- 量子纠缠特性：量子比特之间可以处于纠缠态，只要观测其中一个量子的状态就可以知道另一个的状态，这为量子计算中的信息传递和处理提供了独特的优势。
- 核心硬件：
- 量子光源：用于产生高质量的单光子或纠缠光子对，是光量子计算的基础。目前，研究团队已经能够在实验室产生同时具备高系统效率、高纯度和高全同性的高品质单光子源，以及基于参量下转换的多光子纠缠态。
- 光量子线路：用于操控光子的传播和相互作用，实现量子逻辑门操作等。一些研究小组基于硅光子学、铌酸锂波导、二氧化硅波导等平台，通过刻蚀或激光直写等方式产生多通道的量子线路，用于少数光子数的原理性研究。并且，国际上多个小组也开始开展把量子光源、线路和探测全部集成在一个波导片上的研究。
- 光子探测：需要高灵敏度的探测器来读取光子的数量和状态。例如，已经有机构能够生产同时具备高探测效率、高重复频率的超导纳米线单光子探测器。
- 发展历程与成果：
- 早期突破：2017 年，我国构建了用于求解 “玻色取样” 的光量子计算原型机，该原型机处理 “玻色取样” 问题比第一台电子管计算机（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）快 10-100 倍，这是量子计算原型机首次超越早期经典计算机，为实现 “量子计算优越性” 奠定了基础10。
- 近期进展：2024 年，中国科学技术大学郭光灿院士团队基于多模式固态量子存储和量子门隐形传送协议，在安徽合肥市区实现跨越 7 公里的非局域量子门，并演示了分布式的多伊奇 — 乔萨算法及量子相位估计算法。这一成果展示了基于量子存储和通信光缆构建分布式量子计算网络的可行性，为规模化量子计算的实现提供了新思路234。
- 未来展望：光量子计算的发展目标包括在近期达到在某些特定问题上具有超越经典计算能力的 “量子称霸”；中期实现具有实用价值的量子模拟机；远期制备更大规模的量子模拟机以及普适量子计算机。
