“64維量子空間”極大地促進了量子計算

最近，科學家們展示了一種強大的技術，可以讓量子計算機在光的光子中存儲更多的信息。該團隊成功地將八層數據編碼成光子，並很容易地將其讀取回來，這比之前的系統有了指數級的飛躍。

上圖：新系統的示意圖：微諧振器是左邊的環，而右邊的分支結構代表研究團隊進行的相位操縱。

傳統計算機以二進制位存儲和處理信息，二進制位可以保存0或1的值。量子計算機的量子位大大提高了這種能力，量子位可以同時保存0、1或兩者的值。但是，一種被稱爲“量子數（qudits）”的量子位的新版本，使這個遊戲更加複雜。與量子位那樣只有兩個值不同，量子數理論上可以包含幾十個不同的值，極大地提高了數據處理和存儲的潛力。更好的是，量子數對可能破壞量子位的外部噪聲也更有彈性。

但是，當然，這有一個問題：很難測量和讀回存儲在量子數上的數據。因此，在這項新的研究中，橡樹嶺國家實驗室、普渡大學和EPFL的研究人員開發了一種技術，可以更可靠地產生和閱讀數據。在他們的實驗中，他們產生了量子數，每個量子數可以容納多達八個能級的信息，並將它們成對地量子糾纏，產生一個64維的量子空間。研究小組說，這是之前研究的四倍。

實驗開始時，將激光照射到微環諧振器中。微環諧振器是一種小型圓形結構，能產生具有八維態的光子對。這些對的顏色頻率糾纏在一起，產生了一個理論上可以容納64個數據值的量子空間。

研究人員使用電光相位調製器以不同的方式混合不同頻率的光，然後用脈衝整形器修改這些頻率的相位。實際上，這些儀器已經經常用於電信，但在這種情況下，該團隊隨機執行操作。這產生了許多不同類型的頻率相關性，然後，科學家們使用統計方法和模擬分析，以找到最適合量子信息系統的那種。

在未來的實驗中，該團隊計劃將這些糾纏光子發送到光纖中，以測試量子隱形傳態和糾纏交換等，這將是量子通信的有用協議。

這項研究發表在《自然通訊》雜誌上。

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