美國(guó)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(jì)算機(jī)連接起來(lái)。本圖是一個(gè)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(gè)硅原子。

　　布洛赫球：量子計(jì)算的原理通常用“布洛赫球”來(lái)進(jìn)行形象的解釋。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)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(jì)算機(jī)中，其運(yùn)行狀態(tài)可能位于布洛赫球面的任何一個(gè)位置。

　　據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快1億倍的微型量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)面世。但是，一直以來(lái)困擾科學(xué)家的一個(gè)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(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)連接起來(lái)。研究人員認(rèn)為，這一成果將推動(dòng)量子計(jì)算的更快發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用，也將有助于研制更為強(qiáng)大的人工智能系統(tǒng)。

　　量子計(jì)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(shí)候都以不止一種狀態(tài)存在。在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)以兩種狀態(tài)來(lái)表示，即二進(jìn)制位“1”或“0”。但是，量子計(jì)算機(jī)采用的是量子位。量子計(jì)算機(jī)中的計(jì)算過(guò)程就是量子位相交互的過(guò)程，因此一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的功能需要許多量子位支持。

　　量子計(jì)算機(jī)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(jiǎn)單的方式來(lái)控制復(fù)雜的量子位系統(tǒng)。美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(tái)大型量子計(jì)算機(jī)，而是通過(guò)量子橋新技術(shù)將大量的微型量子計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，從而來(lái)解決量子位系統(tǒng)的控制難題。研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)。也許首個(gè)最實(shí)用的量子計(jì)算系統(tǒng)，并不是一臺(tái)獨(dú)立的大型量子計(jì)算機(jī)，而是一組連接在一起的微型量子計(jì)算機(jī)。”

　　新型量子橋技術(shù)是通過(guò)向鉆石中添加雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)驗(yàn)中，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jī)，它們負(fù)責(zé)將一個(gè)個(gè)單個(gè)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(gè)硅原子替代鉆石中的一個(gè)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(huì)空出許多空間。通過(guò)這種方式，物質(zhì)看起來(lái)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(shuō)，“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(wàn)個(gè)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(gè)隨機(jī)出現(xiàn)的非碳原子，其輻射強(qiáng)度要強(qiáng)大到足以達(dá)到單個(gè)光子的水平才有用。”當(dāng)硅原子被植入到鉆石底物時(shí)，負(fù)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?yàn)樗惺挛锒荚谧非笠环N盡可能最低的能量水平。當(dāng)上述過(guò)程發(fā)生時(shí)，它們就會(huì)通過(guò)不同的頻率、強(qiáng)度和偏振發(fā)射出攜帶信息的光量子。“在此項(xiàng)研究中，哈佛大學(xué)科學(xué)家主要負(fù)責(zé)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以及操作光學(xué)和量子設(shè)施。我們主要負(fù)責(zé)設(shè)備制造，以及尋找一種更為靈巧的方式來(lái)計(jì)算究竟需要植入到鉆石底物中的離子數(shù)量。”