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千比特光量子计算机:开启量子计算新纪元(2/8)
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和测量等基础问题,还要应对量子系统的退相干等挑战。退相干是指量子系统与环境相互作用导致量子态丢失的现象,它严重制约着量子计算的稳定性和可靠性。为了克服退相干问题,科研人员采用了各种屏蔽技术和纠错编码方法,不断优化光量子计算系统的性能。

    二、千比特光量子计算机的原理奥秘

    千比特光量子计算机之所以具有强大的计算能力,源于其独特的工作原理,而这一切都围绕着光量子比特展开。

    光量子比特主要利用光子的某些量子特性来表示信息。最常见的是利用光子的偏振态,例如水平偏振可表示经典比特中的0,垂直偏振表示1,而介于两者之间的任意偏振方向则对应着量子叠加态。此外,光子的路径也可作为量子比特的载体,处于不同路径的光子可以分别对应0和1。

    在千比特光量子计算机中,要实现众多光量子比特的协同工作,首先需要精确制备这些量子比特。制备过程通常借助非线性光学过程,如自发参量下转换。在这种过程中,一束高能激光照射到特殊的非线性晶体上,会随机产生一对纠缠光子。通过巧妙的光路设计和光子筛选技术,科研人员能够获得大量处于特定量子态的单光子,作为构建光量子比特的基础。

    一旦制备好光量子比特,接下来就是对它们进行操控。操控光量子比特主要依靠各种光学元件,如偏振分束器、波片等。偏振分束器可以根据光子的偏振态将其分束,从而实现对偏振态的选择性操作;波片则可以改变光子的偏振方向,通过精确控制波片的参数和光子的传播路径,能够实现对光量子比特的各种幺正变换,这类似于经典计算机中对比特进行的逻辑运算。

    对于千比特规模的光量子比特系统,实现比特之间的纠缠是至关重要的环节。纠缠是一种量子力学中特有的关联现象,处于纠缠态的两个或多个量子比特,无论相隔多远,对其中一个比特的测量会瞬间影响到其他纠缠比特的状态。在光量子系统中,通过利用光子的干涉和非线性相互作用等手段来实现纠缠。例如,将两个单光子输入到一个分束器中,通过调整光路和光子的相位,使得输出的光子对处于纠缠态。对于多个光量子比特的纠缠制备,则需要更复杂的光路设计和精确的控制技术。

    
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