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由美國斯坦福大學領(lǐng)導的團隊開發(fā)出一種新型光學腔體，可進行原子級高效光操控——從單個原子收集光子。這些原子存儲著量子比特，即普通計算機中“0”和“1”的量子版本，被視為量子計算機的基本構(gòu)成單元。該研究首次實現(xiàn)了所有量子比特同時“提取信息”。相關(guān)研究發(fā)表于最新《自然》雜志。

能夠快速讀取量子信息，是建造量子計算機的前提。此前，尚無實用方法可大規(guī)模實現(xiàn)這一目標，因為原子發(fā)射光的速度不夠快，且光子會向四面八方散射。光學腔體能有效地將發(fā)射光引導至特定方向。如今，研究團隊找到了為每個原子配備獨立光學腔的方法，這為量子計算機的構(gòu)建開辟了新路徑。

光學腔體由兩個或多個反射面構(gòu)成，使光線在其間多次反射，類似于人站在兩面鏡子之間，能看到自身影像被無限重復。與游樂場的鏡子不同，光學腔體尺寸微小，利用激光束的反復反射從原子中獲取更多信息。數(shù)十年來，科學家一直嘗試通過光學腔體實現(xiàn)足夠多次的光—原子相互作用。

為此，團隊采用了不同思路：他們在每個腔體內(nèi)使用微透鏡，將光線更緊密地聚焦在單個原子上。這種方法雖減少了光的反射次數(shù)，卻更有效地從原子中提取量子信息。據(jù)估計，量子計算機需要數(shù)百萬個量子比特才能超越經(jīng)典超級計算機。實現(xiàn)這一規(guī)?？赡苄枰獙⒍嗯_量子計算機聯(lián)網(wǎng)。團隊此次構(gòu)建了一個包含40個獨立原子量子比特的光學腔陣列，以及一個擁有500多個腔體的原型系統(tǒng)。這一進展表明，未來有望構(gòu)建出包含百萬級量子比特的量子計算機網(wǎng)絡。

本研究利用光學腔體建立并行接口，為實現(xiàn)大規(guī)模擴展提供了高效平臺。展望未來，團隊設(shè)想建立量子數(shù)據(jù)中心，每臺量子計算機都配備由光學腔陣列構(gòu)成的網(wǎng)絡接口，從而整合成大規(guī)模量子超級計算機。