量子研究获突破 可孕育超快电脑和超安全密码

北京时间4月2日消息，一组研制量子计算机的科学家取得一项重大突破，只利用两个光子便形成103个维度的纠缠态，打破11个维度这一此前纪录。这项研究突破可帮助打造运算速度超快的电脑以及无法被攻克的密码。科学家开玩笑地说他们的研究突破能够让“薛定谔之猫”拥有存活、死亡或者其他101种状态。

当前的量子计算机芯片。普通计算机的位在任何时候只有打开或者关闭一种形态，量子位却有处于两者之间的混合形态。也就是说，量子计算机能够以远远超过普通计算机的速度进行单任务或者多任务处理

一个两维子空间，z基底为两种不同模式的强度和相位，它们的叠加可形成x基底中的模式

目前，美国国家安全局也在研制量子计算机，试图攻克密码系统。

研究过程中，科学家只利用两个光子便形成103个维度的纠缠态，打破11个维度这一此前纪录。这一研究突破意味着科学家在研制运算速度远超过现在的量子计算机的道路上向前迈进一大步，进而让量子计算机普及的梦想进一步照进现实。此外，这一突破也有助于打造无法被攻克的密码。

光子等基本粒子的形态拥有超出常识的特性，例如叠加以及一次出现在两个地方。这也就意味着量子计算机一次可进行多种运算，大幅提高通行处理多项任务时的效率。当两个量子纠缠在一起时，测量其中一个粒子的状态——处在一个地方或者另一个地方，以一种方式或者另一种方式旋转——会立即影响另一个粒子的状态，不管二者相隔多远。科学家用了多年时间将两种特性结合在一起，在一种叠加状态下形成纠缠粒子网络。这一成就意味着科学家可以研制运算速度超过想象的量子计算机，对信息进行超安全加密，进行无法在其他条件下进行的量子机械学实验。

为了提高这些粒子系统的运算能力，科学家一直以来采取的主要方式是增加纠缠粒子的数量，每一个处于一种两维量子叠加状态，也就是一个量子位。量子位就是量子版信息位，所不同的是，它的值可以是1、0或者两个值的叠加。借助于这种方式，科学家最多能够让11个粒子纠缠在一起。

研究小组由奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的马里奥-克莱姆领导，成员包括阿拉巴马伯明翰大学量子信息与量子现象研究小组的马库斯-胡伯以及巴塞罗那光子科学研究所的研究人员。在改进纠缠量子系统方面，这支研究小组取得重大突破。在发表于《PNAS》杂志的研究论文中，科学家阐述了如何让两个粒子拥有103个维度。胡伯开玩笑地说：“我们有两只‘薛定谔之猫’，它们可以同时拥有存活、死亡或者其他101种状态。此外，它们还能纠缠在一起，其中一个的状态变化会立即影响另一个。”

这项研究打破了多维度量子纠缠的纪录，让两个粒子拥有103个维度，此前的纪录为11个维度。研究过程中，科学家采取的方式并不是拥有一个量子位的多个粒子纠缠在一起，而是形成拥有100多个状态的纠缠光子或者这些状态的任何叠加，这种方式的难度远低于纠缠多个粒子。这些高度复杂的状态对应不同的模式，每一个模式的光子可能以及它们的特征相分布拥有不同的角动量和强度。胡伯指出：“这种多维度量子纠缠能够在量子信息方面拥有巨大应用潜力。在加密方面，我们的方式可以极大地提高信息安全，应对噪音和干扰。此外，这一研究成果还能加速量子计算机的研制进程，因为只需很少的量子就能实现多维度纠缠。”研究发现显示实现多维度纠缠的难度并不高。接下来，科学家将尝试控制数百个光子空间模式，用以进行量子计算机操作。