北京時間4月2日消息，一組研制量子計算機的科學(xué)家取得一項重大突破，只利用兩個光子便形成103個維度的糾纏態(tài)，打破11個維度這一此前紀(jì)錄。這項研究突破可幫助打造運算速度超快的電腦以及無法被攻克的密碼?？茖W(xué)家開玩笑地說他們的研究突破能夠讓“薛定諤之貓”擁有存活、死亡或者其他101種狀態(tài)。

當(dāng)前的量子計算機芯片。普通計算機的位在任何時候只有打開或者關(guān)閉一種形態(tài)，量子位卻有處于兩者之間的混合形態(tài)。也就是說，量子計算機能夠以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通計算機的速度進行單任務(wù)或者多任務(wù)處理

一個兩維子空間，z基底為兩種不同模式的強度和相位，它們的疊加可形成x基底中的模式

目前，美國國家安全局也在研制量子計算機，試圖攻克密碼系統(tǒng)。

研究過程中，科學(xué)家只利用兩個光子便形成103個維度的糾纏態(tài)，打破11個維度這一此前紀(jì)錄。這一研究突破意味著科學(xué)家在研制運算速度遠(yuǎn)超過現(xiàn)在的量子計算機的道路上向前邁進一大步，進而讓量子計算機普及的夢想進一步照進現(xiàn)實。此外，這一突破也有助于打造無法被攻克的密碼。

光子等基本粒子的形態(tài)擁有超出常識的特性，例如疊加以及一次出現(xiàn)在兩個地方。這也就意味著量子計算機一次可進行多種運算，大幅提高通行處理多項任務(wù)時的效率。當(dāng)兩個量子糾纏在一起時，測量其中一個粒子的狀態(tài)——處在一個地方或者另一個地方，以一種方式或者另一種方式旋轉(zhuǎn)——會立即影響另一個粒子的狀態(tài)，不管二者相隔多遠(yuǎn)。科學(xué)家用了多年時間將兩種特性結(jié)合在一起，在一種疊加狀態(tài)下形成糾纏粒子網(wǎng)絡(luò)。這一成就意味著科學(xué)家可以研制運算速度超過想象的量子計算機，對信息進行超安全加密，進行無法在其他條件下進行的量子機械學(xué)實驗。

為了提高這些粒子系統(tǒng)的運算能力，科學(xué)家一直以來采取的主要方式是增加糾纏粒子的數(shù)量，每一個處于一種兩維量子疊加狀態(tài)，也就是一個量子位。量子位就是量子版信息位，所不同的是，它的值可以是1、0或者兩個值的疊加。借助于這種方式，科學(xué)家最多能夠讓11個粒子糾纏在一起。

研究小組由奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所的馬里奧-克萊姆領(lǐng)導(dǎo)，成員包括阿拉巴馬伯明翰大學(xué)量子信息與量子現(xiàn)象研究小組的馬庫斯-胡伯以及巴塞羅那光子科學(xué)研究所的研究人員。在改進糾纏量子系統(tǒng)方面，這支研究小組取得重大突破。在發(fā)表于《PNAS》雜志的研究論文中，科學(xué)家闡述了如何讓兩個粒子擁有103個維度。胡伯開玩笑地說：“我們有兩只‘薛定諤之貓’，它們可以同時擁有存活、死亡或者其他101種狀態(tài)。此外，它們還能糾纏在一起，其中一個的狀態(tài)變化會立即影響另一個。”

這項研究打破了多維度量子糾纏的紀(jì)錄，讓兩個粒子擁有103個維度，此前的紀(jì)錄為11個維度。研究過程中，科學(xué)家采取的方式并不是擁有一個量子位的多個粒子糾纏在一起，而是形成擁有100多個狀態(tài)的糾纏光子或者這些狀態(tài)的任何疊加，這種方式的難度遠(yuǎn)低于糾纏多個粒子。這些高度復(fù)雜的狀態(tài)對應(yīng)不同的模式，每一個模式的光子可能以及它們的特征相分布擁有不同的角動量和強度。胡伯指出：“這種多維度量子糾纏能夠在量子信息方面擁有巨大應(yīng)用潛力。在加密方面，我們的方式可以極大地提高信息安全，應(yīng)對噪音和干擾。此外，這一研究成果還能加速量子計算機的研制進程，因為只需很少的量子就能實現(xiàn)多維度糾纏。”研究發(fā)現(xiàn)顯示實現(xiàn)多維度糾纏的難度并不高。接下來，科學(xué)家將嘗試控制數(shù)百個光子空間模式，用以進行量子計算機操作。