台式机大小、室温下工作：科学家建造了世界上最小的量子计算机

世界上同类机器中最小的机器使用单个光子作为量子比特，它可以在不需要笨重的设备将其冷却到接近绝对零度的情况下进行计算。

科学家们建造了世界上最小的量子计算机。它只有台式电脑大小，可以在室温下工作。

科学家们在9月3日发表在《物理评论应用》杂志上的一项研究中写道，这台机器仅由嵌入在环形光纤中的一个光子或光粒子供电。这台机器是一个概念证明，可以完成数学运算，比如质数分解 —— 比如15 = 5 x 3。

许多量子计算机和处理器，包括IBM的1000量子比特秃鹰芯片，都是使用超导量子比特构建的。但是，要利用量子力学定律并使用量子叠加进行计算 —— 量子叠加允许量子位同时以多种状态存在 —— 它们必须冷却到接近绝对零度。这需要复杂的设备，通常至少占用一个房间的大小。

在一个被称为“光量子计算”的领域，光子一直被认为是超导量子比特的替代品。今年2月，科学家们提出，利用单个激光脉冲构建量子比特可以让他们在室温下制造出稳定的量子计算机。

在这项新研究中，科学家们制造了一台可以在室温下进行计算的机器。因为它不需要冷藏，所以它的大小和一台典型的台式电脑差不多。该研究的主要作者、台湾清华大学量子光学教授褚志崧在一份声明中说，量子计算机在单个光子的波包中以“32个时间盒或维度”存储信息。他补充说，这是单个量子比特可以访问的计算维度数量的世界纪录。

与超导量子比特不同，光子可以在室温下保持稳定的量子态。使用光子的量子机器消耗的能量更少，运行起来也更便宜。它也比使用俘获离子量子比特的系统运行效率更高，俘获离子量子比特是由电磁波悬浮在自由空间中的带电粒子，需要复杂的激光来精确调整它们的量子态。

褚教授指出，拥有数百个光子的光学量子计算机已经存在。但是由于光子的出现是概率性的 —— 这意味着“它们这一秒还在，下一秒就消失了” —— 它们很难被大量捕获。

相反，褚教授指出，和他的团队将所有信息压缩成一个稳定的光子。他把这项工作比作把一辆只能载一个人的自行车变成一辆能容纳大量乘客的32节车厢的火车。他补充说，下一步是继续提高单个光子的存储容量，使其能够处理更复杂的计算。

科学家们说，鉴于这台机器使用光子作为其量子比特，它可以很容易地集成到未来的量子通信网络中，利用光来传输数据，或者与其他基于光的经典计算系统集成。

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