然而 ， 下一步要实现更多个量子比特的纠缠 ， 需进行高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特间相互作用的精确调控 。 但随着量子比特数的增加 ， 操纵带来的噪声、串扰和错误也随之增加 。 这对量子体系的设计、加工和调控要求极高 ， 对量子纠缠和量子计算的发展构成了巨大挑战 。
怎么缓解上述问题 ， 达到提升量子比特纠缠数的目标 ， 研究团队近期把重点放在了光子的多个自由度的调控方法上 。 “比如 ， 1个光子过去往往用于编码1个量子比特 ， 10个光量子比特的纠缠就需要10个光子 。 如让光量子比特纠缠数目提升 ， 就要把光子数再往上提升 ， 但这难度太大了 。 我们现在就在想 ， 能不能用每个光子编码多个光量子比特 。 ”汪喜林解释 ， 现在通过操纵一个光子的偏振、路径和轨道角动量等多种自由度 ， 让一个光子编码3个光量子比特 ， 这样6个光子就能编码18个光量子比特 ， 实现18个光量子比特的纠缠 ， 同时有效缓解了因光子数增加而可能带来的种种问题 。
未来量子计算机可应用于需要大规模计算的科学难题
“量子比特纠缠的数目越大 ， 可实现的量子计算的能力就越强 。 ”团队负责人介绍 ， 他们希望通过未来3年到5年努力 ， 在量子计算方面能实现约50个纠缠量子比特的相干操纵 ， 使其计算能力在某些特定问题的求解上 ， 媲美或超越目前最好的经典超级计算机 。
而根据理论预计 ， 量子计算的前景远不止于此 。 汪喜林说 ， 借助量子计算的并行性带来指数级的加速 ， 将能远远超越现有经典计算机的速度 。 当量子计算时代到来时 ， 利用GHz时钟频率的量子计算机求解一个亿亿亿变量的线性方程组 ， 将只需要10秒钟 。 而现在 ， 即便是用世界上最快的超级计算机也至少需要几百年 。
【中国光量子比特纠缠数目逐次刷新世界纪录意义何在？】“如能纠缠操纵100个粒子 ， 在对某些特定问题的求解方面 ， 量子计算的计算能力可达目前全世界计算能力总和的100万倍 。 当量子计算机应用之时 ， 现在的气象预报、药物设计等需要大规模计算的科学难题 ， 将有望迎刃而解 。 ”汪喜林举例 ， 比如现在的气象预报 ， 想要预报1个月后的天气可能需要100天的计算时间 ， 但计算上100天之后也就没了预报的意义 ， 但将来应用了量子计算之后 ， 1个月后的预报可能几秒钟的计算时间就可以完成 。 （孙 振 李家林）
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