近日，NTT、東京大學(xué)和RIKEN（理化學(xué)研究所）在新聞發(fā)布會(huì)上宣布，他們聯(lián)合開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，將最先進(jìn)的商業(yè)光通信技術(shù)應(yīng)用于光量子領(lǐng)域。光通信技術(shù)以第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）為代表，為光量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)鋪平了道路，光量子計(jì)算機(jī)充分利用了光通信技術(shù)的高速和寬帶特性，使用光通信探測(cè)器測(cè)量世界上最快的43GHz實(shí)時(shí)量子信號(hào)。

光量子計(jì)算機(jī)使用光子的行波作為量子比特，這項(xiàng)成果將帶來范式轉(zhuǎn)變，徹底改變量子計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)的開發(fā)方法。未來，該小組的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)100 GHz頻段頻率和100多核并行的超高速大型超級(jí)量子計(jì)算機(jī)。他們的研究發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的方法有很多。其中，基于時(shí)域復(fù)用技術(shù)的測(cè)量誘導(dǎo)光量子計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更大的規(guī)模和更快的速度，這引起了人們的廣泛關(guān)注。不同于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)中的駐波量子比特，這種方法使用的是行波量子比特（飛行量子比特），量子光源連續(xù)發(fā)射的一部分光波，將其排列在時(shí)間軸上，可以擴(kuò)大量子比特的數(shù)量，從而在不增加設(shè)備尺寸或元素集成的情況下，實(shí)現(xiàn)更大的規(guī)模。

此外，它們與光通信技術(shù)配合良好，可以利用開發(fā)的高可靠性和高性能的光通信技術(shù)。此外，通過利用5G和其他高速光通信技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)高時(shí)鐘頻率的量子計(jì)算。

然而，并非所有在經(jīng)典力學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的高速光通信設(shè)備都可以直接用于光量子計(jì)算機(jī)。NTT設(shè)備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員Asuka Inoue在新聞發(fā)布會(huì)上介紹說：“例如，不可能使用100 GHz以上的的光通信高速探測(cè)器來測(cè)量光量子態(tài)，這是因?yàn)楦咚俟馔ㄐ盘綔y(cè)器有很高的光損耗，這種損耗會(huì)導(dǎo)致光量子態(tài)坍縮?！?/p>

傳統(tǒng)測(cè)量必須使用專門設(shè)計(jì)的具有低光損耗的低速探測(cè)器，這限制了測(cè)量誘導(dǎo)量子操作的頻率。研究小組開發(fā)了一種光參量放大器，在保留光量子信息的同時(shí)放大光信息，還開發(fā)了一種新方法，將以前無法應(yīng)用的超高速光通信技術(shù)應(yīng)用于光量子領(lǐng)域，這為充分利用光通信技術(shù)高速和寬帶特性以實(shí)現(xiàn)超級(jí)量子計(jì)算機(jī)鋪平了道路。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了直接接周期性極化鈮酸鋰（PPLN）波導(dǎo)，這種波導(dǎo)具有高放大系數(shù)（約3000倍）和小信噪比（約20%），NTT已經(jīng)研究和開發(fā)它們很多年了。利用43GHz的光通信探測(cè)器和實(shí)時(shí)示波器，他們測(cè)量了壓縮光（壓縮了量子噪聲的光）的振幅，發(fā)現(xiàn)量子噪聲壓縮率約為65%。超過了光量子計(jì)算操作所需的最小量子噪聲壓縮率（60%），這意味著可以實(shí)現(xiàn)更快的量子操作，其時(shí)鐘頻率比傳統(tǒng)技術(shù)高1000倍。

東京大學(xué)工程學(xué)院的Akira Furusawa教授（RIKEN 量子計(jì)算中心 (RQC) 副主任）說：“這種方法需要高效快速的測(cè)量振幅。通過使用光參量放大器將光信號(hào)放大，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和高效率，而如果用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)高效率，就會(huì)降低速度。該研究小組致力于這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，它已經(jīng)建立了實(shí)現(xiàn)43GHz時(shí)鐘光量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)，通過將其與光通信中的波長復(fù)用相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)100GHz的超級(jí)量子計(jì)算機(jī)。

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。