摘要：新的研究表明，光學(xué)中的經(jīng)典物理現(xiàn)象可以實現(xiàn)一種新的混合計算。

僅使用光學(xué)實驗室中的簡單激光器，物理學(xué)家就能執(zhí)行一些高難度計算，算力可以與在超低溫下運行的量子計算機相同。

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核心秘訣就是使用糾纏光，這種物理現(xiàn)象與量子力學(xué)中的糾纏具有一些相同的特性。清華大學(xué)和英國南安普敦大學(xué)的研究人員Yijie Shen，以及南非約翰內(nèi)斯堡威特沃特斯蘭德大學(xué)的Andrew Forbes在最近發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Light: Science and Applications光：科學(xué)與應(yīng)用》上的一篇論文中表明，他們利用“鏡子”就可以創(chuàng)造出可以多重糾纏的光束。

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威特沃特斯蘭德大學(xué)物理學(xué)教授兼該研究的負責(zé)人Forbes說："雖然在量子世界中經(jīng)常談及到‘糾纏’，但實際上‘糾纏’的概念并不為量子力學(xué)所獨有。”

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在量子領(lǐng)域，糾纏意味著兩個及以上的粒子（例如電子或光子）的量子態(tài)具有非定域、非經(jīng)典的強關(guān)聯(lián)，這些量子態(tài)可以與粒子本質(zhì)相關(guān)的一些特性，如偏振或自旋等。自旋可以被認為是一個向上/向下/介于兩者之間的條形磁鐵。如果糾纏使其中的一個粒子自旋向上，另一個將自旋向下。即使這些粒子位于宇宙的兩端，測量其中一個也能獲得關(guān)于另一個的信息。從物理學(xué)角度上看，這些特性不可分割，不可能只取其一。

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在經(jīng)典的糾纏光中，那些不可分離的特性并非兩個粒子之間分散體現(xiàn)，而是普遍存在于單束光中。Forbes說："不論是測量兩個光子的一種特性，還是測量單束光的兩種特性，結(jié)果都一樣"。

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這些特性就是光子組在激光束中遵循的路徑。Forbes說："這是一束相干光，但在空間中遵循許多軌跡。每條軌跡都是一個自由度，科學(xué)家們可以通過給每個自由度分配不同的值來對這些自由度攜帶的信息進行編碼（不是數(shù)字計算的0和1），他們可以將不同的路徑命名為1到8，并將這些使用在他們的計算中。

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經(jīng)典的糾纏光，有時被稱為 "結(jié)構(gòu)光"，這不是一個新概念。但直到現(xiàn)在，還沒有人同時糾纏過兩個以上的特性。Forbes說，盡管由于設(shè)備的限制可能會加上一個實際上限，但理論上他的團隊可以糾纏出無數(shù)路徑。在他們的論文中，他的團隊展示了一個光束內(nèi)的8個自由度。

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他們只是通過改變激光腔中反射鏡之間的間距來做到這一點。其中一個是完全反射的平面鏡，還有一個像透鏡一樣的曲面鏡，讓一定數(shù)量的光子撞擊平面鏡。當鏡子之間保持適當?shù)木嚯x時，以某種角度撞擊平面鏡的光子會以相反的角度反彈，然后擊中后方的鏡子，并折射到另一個地方的曲面鏡。在鏡子上不同位置通過的光子形成了某種圖案，僅通過移動鏡子，科學(xué)家們就可以改變光線的角度，從而改變圖案。

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Forbes說："你可以選擇無數(shù)條路徑——向上、向下、向左、向右、對角線。我們不僅可以同時制造出經(jīng)過不同路徑的光線，而且我們還可以將信息編碼到這些路徑中，使它看起來像是保持著高維多光子量子態(tài)?！?/p>

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由于量子計算依賴以多種狀態(tài)存在的粒子，因此理論上也可以使用多種路線的糾纏光來運行的一些相應(yīng)的算法。Forbes認為，這不會取代研究人員正在研發(fā)的量子計算機，但這種方法將在量子計算機和經(jīng)典計算機之間架起一座橋梁。糾纏光可以執(zhí)行比數(shù)字計算機更復(fù)雜的計算，并使用明亮、易于處理的光束來計算，而不是利用那些難于控制的超導(dǎo)量子比特或離子。因為它們的糾纏態(tài)只有稍稍超過絕對零度，就會消失。

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"這種技術(shù)將使我們能夠在高維度上模擬，甚至取代一些曾被認為是不可能完成的量子過程。換句話說，可以讓我們的生活更輕松。"Forbes說，"我們正在使用來自經(jīng)典物理世界的設(shè)備，來實現(xiàn)類似量子計算的過程。"

文：尼爾·薩維奇

編譯：慕一

編輯：王珩

注：本文編譯自“IEEE Spectrum”，文章中的信息或所表述的觀點意見，均不代表量子前哨同意或支持。