在嵌入筆記本電腦或智能手機(jī)的普通硅計(jì)算機(jī)芯片中，信息呈現(xiàn)為兩種狀態(tài)之一：0或1.在量子計(jì)算機(jī)中，量子位（或量子位）也可以同時(shí)存儲(chǔ)和中繼兩種狀態(tài)，持有指數(shù)級(jí)更多的信息。

兩個(gè)量子比特可以對(duì)四個(gè)值執(zhí)行操作，三個(gè)在八個(gè)值上執(zhí)行操作，以此類(lèi)推，兩個(gè)冪 - 它們可以同時(shí)執(zhí)行此操作，而傳統(tǒng)的位必須采用一個(gè)位置。因此，量子計(jì)算機(jī)的速度可能比建立在馮·諾依曼架構(gòu)上的普通硅計(jì)算機(jī)快數(shù)十億倍 。作為類(lèi)比，想象一下能夠一次讀取整個(gè)圖書(shū)館而不是一本書(shū)。

據(jù)估計(jì)，具有50個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)在解決量子采樣問(wèn)題方面比現(xiàn)在最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大。量子計(jì)算機(jī)能夠解決大數(shù)據(jù)問(wèn)題，這些問(wèn)題涉及從大量選項(xiàng)中尋找最佳解決方案，這對(duì)于許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（即蛋白質(zhì)折疊，基因測(cè)序）和氣候研究以及安全性（其中一個(gè)）非常重要。量子計(jì)算機(jī)的最大賣(mài)點(diǎn)）。黑客可以在您不知道的情況下立即復(fù)制您的電子郵件; 然而，量子系統(tǒng)的黑客受到物理定律的約束而留下痕跡。

根據(jù)麥肯錫公司的數(shù)據(jù)，2015年，全球約有7,000名研究人員在該領(lǐng)域工作，每年花費(fèi)約15億美元。但盡管該行業(yè)努力將量子計(jì)算機(jī)投入市場(chǎng)，但進(jìn)展相當(dāng)緩慢。

像IBM或谷歌這樣的大多數(shù)量子比特公司已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了幾十個(gè)。這些機(jī)器中的大多數(shù)都在超導(dǎo)線上運(yùn)行，這些線在接近絕對(duì)零度的情況下被冷卻。問(wèn)題在于電子的量子比特基本上與所有事物相互作用，并且避免量子退相干（波函數(shù)和量子比特的崩潰）是非常具有挑戰(zhàn)性的。然而，在量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的另一種方法中，原子不是通過(guò)冷卻溫度而是通過(guò)激光保持在原位。

與電子不同，光子不與環(huán)境相互作用，因此沒(méi)有短的相干時(shí)間問(wèn)題。最重要的是，光子可以高精度地進(jìn)行操作，并以光速快速行進(jìn)。與此同時(shí)，光子剛剛相互穿過(guò)的事實(shí)也使得科學(xué)家們無(wú)法像使用超導(dǎo)機(jī)器那樣使用簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)量子操作。

現(xiàn)在，布里斯托大學(xué)的研究人員可能找到了一個(gè)優(yōu)雅的解決方案。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種硅光子芯片，將光子分成不同的空間模式，沿著固定路徑引導(dǎo)光子。該芯片由許多干涉儀組成，這些干涉儀負(fù)責(zé)將光子分成不同的模式，其中每個(gè)模式通過(guò)特定的波導(dǎo)?；旧希@個(gè)干涉儀的迷宮充當(dāng)單個(gè)門(mén)。

為了展示其設(shè)備的功能，研究人員實(shí)施了98個(gè)不同的雙量子比特門(mén)，每組執(zhí)行約1,000次測(cè)量。操作在93％的時(shí)間內(nèi)成功完成，這與世界上其他類(lèi)型的量子計(jì)算相當(dāng)。例如，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的完成率約為90％至95％。該團(tuán)隊(duì)甚至在光子芯片上運(yùn)行了優(yōu)化算法。

值得注意的是，從單個(gè)激光光源，芯片產(chǎn)生成對(duì)的光子量子位。未來(lái)的挑戰(zhàn)將是弄清楚如何產(chǎn)生更多相同和糾纏的光子。目前使用的硬件適用于兩個(gè)量子比特，但對(duì)于數(shù)百個(gè)，您需要完全不同的配置。例如，光子檢測(cè)器放置在芯片外部。更重要的是，適合足夠的移相器和分束器以適應(yīng)數(shù)百個(gè)量子比特現(xiàn)在聽(tīng)起來(lái)令人生畏，但科學(xué)家們相信他們能夠做到這一點(diǎn)。