“64维量子空间”极大地促进了量子计算

最近，科学家们展示了一种强大的技术，可以让量子计算机在光的光子中存储更多的信息。该团队成功地将八层数据编码成光子，并很容易地将其读取回来，这比之前的系统有了指数级的飞跃。

上图：新系统的示意图：微谐振器是左边的环，而右边的分支结构代表研究团队进行的相位操纵。

传统计算机以二进制位存储和处理信息，二进制位可以保存0或1的值。量子计算机的量子位大大提高了这种能力，量子位可以同时保存0、1或两者的值。但是，一种被称为“量子数（qudits）”的量子位的新版本，使这个游戏更加复杂。与量子位那样只有两个值不同，量子数理论上可以包含几十个不同的值，极大地提高了数据处理和存储的潜力。更好的是，量子数对可能破坏量子位的外部噪声也更有弹性。

但是，当然，这有一个问题：很难测量和读回存储在量子数上的数据。因此，在这项新的研究中，橡树岭国家实验室、普渡大学和EPFL的研究人员开发了一种技术，可以更可靠地产生和阅读数据。在他们的实验中，他们产生了量子数，每个量子数可以容纳多达八个能级的信息，并将它们成对地量子纠缠，产生一个64维的量子空间。研究小组说，这是之前研究的四倍。

实验开始时，将激光照射到微环谐振器中。微环谐振器是一种小型圆形结构，能产生具有八维态的光子对。这些对的颜色频率纠缠在一起，产生了一个理论上可以容纳64个数据值的量子空间。

研究人员使用电光相位调制器以不同的方式混合不同频率的光，然后用脉冲整形器修改这些频率的相位。实际上，这些仪器已经经常用于电信，但在这种情况下，该团队随机执行操作。这产生了许多不同类型的频率相关性，然后，科学家们使用统计方法和模拟分析，以找到最适合量子信息系统的那种。

在未来的实验中，该团队计划将这些纠缠光子发送到光纤中，以测试量子隐形传态和纠缠交换等，这将是量子通信的有用协议。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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