具有内置纠错功能的物理量子位

量子计算领域取得了重大进展。谷歌和 IBM 等全球大型企业已经在提供基于云的量子计算服务。然而，量子计算机还无法帮助解决标准计算机达到其能力极限时出现的问题，因为量子位或量子比特(即量子信息的基本单位)的可用性仍然不足。

原因之一是裸量子位不能立即用于运行量子算法。传统计算机的二进制位以固定值 0 或 1 的形式存储信息，而量子位可以同时表示 0 和 1，从而发挥其值的概率。这称为量子叠加。

这使得它们非常容易受到外部影响，这意味着它们存储的信息很容易丢失。为了确保量子计算机提供可靠的结果，有必要生成真正的纠缠，将多个物理量子位连接在一起形成逻辑量子位。如果这些物理量子位之一发生故障，其他量子位将保留信息。然而，阻碍功能量子计算机发展的主要困难之一是需要大量的物理量子位。

基于光子的方法的优点

许多不同的概念被用来使量子计算变得可行。例如，大公司目前依赖超导固态系统，但这些系统的缺点是它们只能在接近绝对零的温度下运行。另一方面，光子概念在室温下工作。

单光子通常用作物理量子位。这些光子在某种意义上是微小的光粒子，本质上比固态量子位运行得更快，但同时也更容易丢失。为了避免量子位损失和其他错误，有必要将几个单光子光脉冲耦合在一起以构造一个逻辑量子位——就像基于超导体的方法一样。

具有固有纠错能力的量子位

东京大学的研究人员与德国美因茨约翰内斯古腾堡大学(JGU)和捷克奥洛穆茨帕拉茨基大学的同事最近展示了一种构建光子量子计算机的新方法。该团队没有使用单个光子，而是采用了由多个光子组成的激光产生的光脉冲。该研究发表在《科学》杂志上。

美因茨大学的彼得·范洛克教授表示：“我们的激光脉冲被转换为量子光学状态，这使我们具有纠正错误的固有能力。” “虽然该系统仅由激光脉冲组成，因此非常小，但原则上它可以立即消除错误。” 因此，不需要通过大量光脉冲生成单个光子作为量子位，然后让它们作为逻辑量子位相互作用。

van Loock 补充道：“我们只需要一个光脉冲就能获得强大的逻辑量子位。” 换句话说，物理量子位在这个系统中已经等同于逻辑量子位，这是一个非凡而独特的概念。然而，东京大学实验产生的逻辑量子位的质量尚不足以提供必要的容错水平。尽管如此，研究人员已经清楚地证明，可以使用最具创新性的量子光学方法将非通用可校正量子位转换为可校正量子位。