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

兩個量子比特可以對四個值執(zhí)行操作，三個在八個值上執(zhí)行操作，以此類推，兩個冪 - 它們可以同時執(zhí)行此操作，而傳統(tǒng)的位必須采用一個位置。因此，量子計算機的速度可能比建立在馮·諾依曼架構(gòu)上的普通硅計算機快數(shù)十億倍 。作為類比，想象一下能夠一次讀取整個圖書館而不是一本書。

據(jù)估計，具有50個量子比特的量子計算機在解決量子采樣問題方面比現(xiàn)在最快的超級計算機更強大。量子計算機能夠解決大數(shù)據(jù)問題，這些問題涉及從大量選項中尋找最佳解決方案，這對于許多醫(yī)學領(lǐng)域（即蛋白質(zhì)折疊，基因測序）和氣候研究以及安全性（其中一個）非常重要。量子計算機的最大賣點）。黑客可以在您不知道的情況下立即復制您的電子郵件; 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，每年花費約15億美元。但盡管該行業(yè)努力將量子計算機投入市場，但進展相當緩慢。

像IBM或谷歌這樣的大多數(shù)量子比特公司已經(jīng)成功實現(xiàn)了幾十個。這些機器中的大多數(shù)都在超導線上運行，這些線在接近絕對零度的情況下被冷卻。問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，在量子計算機設(shè)計的另一種方法中，原子不是通過冷卻溫度而是通過激光保持在原位。

與電子不同，光子不與環(huán)境相互作用，因此沒有短的相干時間問題。最重要的是，光子可以高精度地進行操作，并以光速快速行進。與此同時，光子剛剛相互穿過的事實也使得科學家們無法像使用超導機器那樣使用簡單的方法來實現(xiàn)量子操作。

現(xiàn)在，布里斯托大學的研究人員可能找到了一個優(yōu)雅的解決方案。他們設(shè)計了一種硅光子芯片，將光子分成不同的空間模式，沿著固定路徑引導光子。該芯片由許多干涉儀組成，這些干涉儀負責將光子分成不同的模式，其中每個模式通過特定的波導?；旧?，這個干涉儀的迷宮充當單個門。

為了展示其設(shè)備的功能，研究人員實施了98個不同的雙量子比特門，每組執(zhí)行約1,000次測量。操作在93％的時間內(nèi)成功完成，這與世界上其他類型的量子計算相當。例如，超導量子計算機的完成率約為90％至95％。該團隊甚至在光子芯片上運行了優(yōu)化算法。

值得注意的是，從單個激光光源，芯片產(chǎn)生成對的光子量子位。未來的挑戰(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量子比特，但對于數(shù)百個，您需要完全不同的配置。例如，光子檢測器放置在芯片外部。更重要的是，適合足夠的移相器和分束器以適應數(shù)百個量子比特現(xiàn)在聽起來令人生畏，但科學家們相信他們能夠做到這一點。