（文章來(lái)源：博科園）

在量子計(jì)算的世界里，交互就是一切，為了讓計(jì)算機(jī)正常工作，比特（構(gòu)成數(shù)字信息的一比特和零比特）必須能夠相互作用并傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同樣的道理也適用于構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)的量子位元。但是這種相互作用產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題——在任何量子位相互作用的系統(tǒng)中，它們也傾向于與環(huán)境相互作用，從而導(dǎo)致量子位迅速失去其量子性質(zhì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，藝術(shù)與科學(xué)研究生院的博士生Ruffin Evans轉(zhuǎn)向了以缺乏相互作用而聞名的粒子——光子。

博科園-科學(xué)科普：埃文斯在米哈伊爾·盧金(Mikhail Lukin)的實(shí)驗(yàn)室工作，盧金是喬治·瓦斯默·萊弗雷特(George Vasmer Leverett)物理學(xué)教授，也是量子科學(xué)與工程計(jì)劃(Quantum Science and Engineering Initiative)的聯(lián)席主管。設(shè)計(jì)一個(gè)相互作用非常強(qiáng)的系統(tǒng)并不難，但是相互作用非常強(qiáng)也會(huì)通過(guò)與環(huán)境的相互作用產(chǎn)生噪音和干擾。所以你必須使環(huán)境極其清潔，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。我們?cè)谝粋€(gè)完全不同的規(guī)則下運(yùn)作，使用光子，它與一切都有微弱的相互作用。

光與原子一次相互作用的幾率可能非常非常小，但是一旦光反彈10000次左右，這種情況幾乎肯定會(huì)發(fā)生。所以其中一個(gè)原子可以發(fā)射光子，它會(huì)在這些鏡子之間來(lái)回反射，在某一點(diǎn)，另一個(gè)原子會(huì)吸收光子，不過(guò)，光子的傳遞不是單向的。光子實(shí)際上在兩個(gè)量子位之間交換了好幾次，這就像他們?cè)谕鏍C手山芋，量子位來(lái)回傳遞雖然在量子位之間創(chuàng)造相互作用的概念并不新鮮，研究人員已經(jīng)在許多其他系統(tǒng)中取得了這一成就，但有兩個(gè)因素使這項(xiàng)新研究與眾不同。

關(guān)鍵的進(jìn)步在于使用的光子的光頻率通常相互作用非常微弱，這就是為什么我們使用光纖傳輸數(shù)據(jù)——可以通過(guò)一根很長(zhǎng)的光纖發(fā)送光，基本上沒有衰減。因此，平臺(tái)對(duì)于長(zhǎng)距離量子計(jì)算或量子網(wǎng)絡(luò)尤其令人興奮。盡管該系統(tǒng)只能在極低溫度下運(yùn)行，但與需要精密的激光冷卻系統(tǒng)和光阱來(lái)固定原子的方法相比，它的復(fù)雜性要小得多。由于該系統(tǒng)是納米級(jí)的，它開啟了許多設(shè)備可以封裝在單個(gè)芯片上的可能性。雖然這種相互作用以前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但還沒有在光學(xué)領(lǐng)域的固態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。設(shè)備是用半導(dǎo)體制造技術(shù)制造的，很容易想象使用這些工具在一個(gè)芯片上擴(kuò)展到更多的設(shè)備。

拼接過(guò)程：顯微鏡物鏡(從圖像頂部下來(lái)的大金屬筒)，鉆石樣品(圖像中心看起來(lái)像玻璃的小板)，以及連接到樣品的光纖(樣品上方發(fā)光的綠色點(diǎn))。圖片：Denis Sukachev埃文斯展望了未來(lái)研究的兩個(gè)主要方向。第一種方法是開發(fā)控制量子位元的方法，并構(gòu)建一整套量子門，使它們能夠作為一臺(tái)可用的量子計(jì)算機(jī)發(fā)揮作用。另一個(gè)方向是說(shuō)，我們已經(jīng)可以制造這些設(shè)備，獲取信息，從設(shè)備中讀取信息，并將其放入光纖中。

所以，讓我們考慮一下如何擴(kuò)大這個(gè)規(guī)模，并在人類尺度的距離上建立一個(gè)真正的量子網(wǎng)絡(luò)。正在構(gòu)想一種方案，利用現(xiàn)有的材料，在實(shí)驗(yàn)室或校園內(nèi)的設(shè)備之間建立連接，或者利用下一代設(shè)備實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)。最終，這項(xiàng)研究可能會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的未來(lái)產(chǎn)生廣泛的影響。從量子互聯(lián)網(wǎng)到量子數(shù)據(jù)中心，任何東西都需要量子系統(tǒng)之間的光學(xué)連接，而這正是我們的工作非常適合的部分。
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