达姆施塔特的物理学家已经开发出一种技术，可以克服构建实用相关量子计算机的最大障碍之一。他们利用了英国摄影先驱WilliamTalbot于1836年在这里发现的光学效应。由达姆施塔特工业大学应用物理研究所的MalteSchlosser和GerhardBirkl领导的团队在《物理评论快报》杂志上介绍了这一成功。

光学效应将原子量子位的量子计算推进到一个新的维度

量子计算机能够比超级计算机更快地解决某些任务。然而，迄今为止只有最多几百个“量子比特”的原型。这些是量子计算中信息的基本单位，对应于经典计算中的“比特”。然而，与比特不同的是，量子比特可以同时处理“0”或“1”这两个值，而不是一个接一个地处理，这使得量子计算机能够并行执行大量计算。

实际应用(例如优化复杂的交通流)将需要具有数千(如果不是数百万)量子比特的量子计算机。然而，增加量子比特会消耗资源，例如激光输出，这一直阻碍着量子计算机的发展。达姆施塔特团队现在已经展示了如何使用光学Talbot效应将量子比特的数量从几百个增加到一万多个，而不需要按比例需要额外的资源。

量子比特可以通过不同的方式实现。例如，谷歌等科技巨头使用人工制造的超导电路元件。然而，单个原子也非常适合此目的。为了有针对性地控制这些，单原子量子位必须保持在规则的格子中，类似于棋盘。

物理学家通常为此使用由规则排列的光点组成的“光学晶格”，这是在激光束相互交叉时形成的。Birkl解释说：“如果你想将量子比特的数量增加某个因素，你还必须相应地增加激光输出。”

他的团队以创新的方式生产光学晶格。他们将激光照射到指甲盖大小的玻璃元件上，其上排列着类似于棋盘的微型光学透镜。每个微透镜会聚一小部分激光束，从而形成一个可以容纳原子的焦点平面。

现在，Talbot效应出现在顶部，到目前为止，这一直被认为是一个麻烦：焦点层以相等的间隔重复多次;创造了所谓的“自我形象”。因此，2D中的光学晶格在3D中变成了具有许多光点的光学晶格。“我们免费获得它，”该作品的主要作者MalteSchlosser说。他的意思是为此不需要额外的激光输出。

微透镜的高制造精度导致排列非常规则的自图像，可用于量子比特。研究人员确实能够用单个原子加载附加层。使用给定的激光输出，创建了16个这样的自由层，可能允许超过10,000个量子比特。根据Schlosser的说法，未来可以使用传统激光器将功率提高四倍。

“微透镜领域也可以进一步优化，”Birkl解释说，例如通过使用更小的透镜创建更多的焦点。因此，在可预见的未来，100,000个量子位或更多将成​​为可能。该团队展示的量子比特数量的可扩展性代表了开发实用量子计算机的重要一步。

Schlosser强调，该技术不仅限于量子计算机。“我们的平台也可能适用于高精度光学原子钟。”达姆施塔特团队计划进一步开发其新的量子位平台，并设想在量子技术领域的各种可能应用。