美國科學(xué)科學(xué)家首次研發(fā)出一種新型“量子橋”技術(shù)，該技術(shù)可以將大量微型的量子計算機連接起來。本圖是一個量子橋的示意圖，顯示鉆石中的一組孔洞陣列，孔洞與孔洞之間被植入兩個硅原子。

　　布洛赫球：量子計算的原理通常用“布洛赫球”來進行形象的解釋。傳統(tǒng)計算機的運行狀態(tài)只能位于球體的兩極之一，即“1”或“0”的狀態(tài)；而在量子計算機中，其運行狀態(tài)可能位于布洛赫球面的任何一個位置。

　　據(jù)國外媒體報道，比傳統(tǒng)計算機運算速度快1億倍的微型量子計算機已經(jīng)面世。但是，一直以來困擾科學(xué)家的一個難題就是，如何將這些微型系統(tǒng)以合理適用的大小投入到人工智能等應(yīng)用領(lǐng)域。近日，美國桑迪亞國家實驗室和哈佛大學(xué)科學(xué)家首次研發(fā)出一種新型“量子橋”技術(shù)，該技術(shù)可以將大量微型的量子計算機連接起來。研究人員認為，這一成果將推動量子計算的更快發(fā)展與實際應(yīng)用，也將有助于研制更為強大的人工智能系統(tǒng)。

　　量子計算技術(shù)就是利用亞原子粒子一種特別的屬性，即在任何時候都以不止一種狀態(tài)存在。在傳統(tǒng)的計算機中，數(shù)據(jù)以兩種狀態(tài)來表示，即二進制位“1”或“0”。但是，量子計算機采用的是量子位。量子計算機中的計算過程就是量子位相交互的過程，因此一臺量子計算機的功能需要許多量子位支持。

　　量子計算機之所以很難制造，原因在于到目前為止科學(xué)家們?nèi)匀晃茨苷业揭环N簡單的方式來控制復(fù)雜的量子位系統(tǒng)。美國桑迪亞國家實驗室科學(xué)家現(xiàn)在研發(fā)了一種新型“量子橋”技術(shù)。研究人員聲稱，他們并不像以往那樣只建造一臺大型量子計算機，而是通過量子橋新技術(shù)將大量的微型量子計算機連接起來，從而來解決量子位系統(tǒng)的控制難題。研究項目負責(zé)人、美國桑迪亞國家實驗室科學(xué)家萊安-卡馬喬表示，“人們已經(jīng)制造出微型的量子計算機。也許首個最實用的量子計算系統(tǒng)，并不是一臺獨立的大型量子計算機，而是一組連接在一起的微型量子計算機。”

　　新型量子橋技術(shù)是通過向鉆石中添加雜質(zhì)實現(xiàn)的。在實驗中，桑迪亞國家實驗室和哈佛大學(xué)科學(xué)家采用了聚焦離子束和離子注入機，它們負責(zé)將一個個單個離子注入到一塊鉆石底物的特定位置。然后，研究人員利用一個硅原子替代鉆石中的一個碳原子，從而導(dǎo)致該硅原子周圍的碳原子“逃離”。這樣，硅原子周圍就會空出許多空間。通過這種方式，物質(zhì)看起來是以固態(tài)形式存在，但它們的行為屬性就好像氣態(tài)物質(zhì)一樣。

　　卡馬喬介紹說，“我們所做的工作就是根據(jù)我們的需求精確地植入硅原子。我們可以植入到成千上萬個位置，從而產(chǎn)生可用的量子設(shè)備。在此之前，研究人員不得不在一塊數(shù)微米大的鉆石底物中搜尋大約1000個隨機出現(xiàn)的非碳原子，其輻射強度要強大到足以達到單個光子的水平才有用。”當硅原子被植入到鉆石底物時，負責(zé)激光生成的光子將硅電子碰撞到一種更高的能量狀態(tài)。然后，電子將回到較低的能量狀態(tài)，因為所有事物都在追求一種盡可能最低的能量水平。當上述過程發(fā)生時，它們就會通過不同的頻率、強度和偏振發(fā)射出攜帶信息的光量子。“在此項研究中，哈佛大學(xué)科學(xué)家主要負責(zé)進行相關(guān)實驗，以及操作光學(xué)和量子設(shè)施。我們主要負責(zé)設(shè)備制造，以及尋找一種更為靈巧的方式來計算究竟需要植入到鉆石底物中的離子數(shù)量。”