光学芯片保护量子技术免受错误影响

在当今的数字基础设施中，我们用来发送和处理信息的数据位可以是0或1。能够使用这些位纠正计算中可能出现的错误是信息处理和通信系统的重要组成部分。但是量子计算机使用的是量子位，它可以是0和1的混合体，称为量子超位。这种混合对它们的能力至关重要，但它使纠错变得更加复杂。

来自DTU Fotonik的研究人员已经在微芯片上共同创造了迄今为止最大、最复杂的光子量子信息处理器。它使用单个光粒子作为量子比特，并首次演示了各种光子量子比特纠错协议。

DTU Fotonik博士后，《自然物理学》论文的合著者Jeremy Adcock说：“我们制造了一种新的光学微芯片，该芯片处理量子信息的方式可以通过纠缠保护自身免受错误的影响。我们使用了一种新的设计来实现纠错方案，并验证了它们在我们的光子平台上的有效性。”

这项研究很重要，因为纠错是开发大规模量子计算机的关键，这将为大规模化学模拟和更快的机器学习等开发新算法。

一个关键的应用可能是药物发现。今天的计算机无法模拟大分子及其相互作用，例如当你将药物分子引入人体时。在今天的计算机中，经典计算的规模随着所涉及分子的大小呈指数增长。但对于未来的量子计算机，更有效的算法是已知的，它们不会在计算成本上爆炸。

这只是未来量子技术有望解决的问题之一，因为它能够超越传统计算机的基本限制来处理信息。但要实现这一目标，我们必须缩小规模。

“如果量子技术要扩大规模以显示其相对于经典计算机的优势，那么芯片规模的设备是向前迈出的重要一步。这些系统将需要数以百万计的高性能组件以尽可能快的速度运行，而这只有通过微芯片和集成电路才能实现，这是可能的。”由超先进的半导体制造业，”合著者、DTU Fotonik高级研究员丁云红（Yunhong Ding）说。

要实现超越当今强大计算机的量子技术，需要进一步扩展这项技术。特别是，该芯片上的光子（光粒子）源的效率不足以构建有用规模的量子技术。

“在DTU，我们现在正在努力提高这些光源的效率，目前这些光源的效率只有1%到接近统一。有了这样一个光源，就有可能制造出规模大大增加的量子光子器件，并从量子技术与传统计算机相比的固有物理优势中获益。”处理、交流和获取信息，DTU Fotonik的博士后杰里米·阿德科克（Jeremy Adcock）说。

“有了更高效的光子源，我们将能够建立更多不同的资源状态，从而实现更大、更复杂的计算，以及无限范围的安全量子通信。”

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