奧地利因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗物理系托馬斯·蒙茲團隊成功開(kāi)發(fā)了一種量子計算機，可使用所謂的“量子數字”執行任意計算，從而以更少的量子粒子釋放更多的計算能力。該項研究成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。
因斯布魯克量子計算機將信息存儲在單個(gè)被捕獲的鈣原子中，每個(gè)鈣原子都有8種狀態(tài)，科學(xué)家們已使用其中多達7種狀態(tài)進(jìn)行計算。
圖片來(lái)源：奧地利因斯布魯克大學(xué)
計算機使用0和1，也就是二進(jìn)制信息進(jìn)行運算。在此基礎上，今天的量子計算機在設計時(shí)也考慮到了二進(jìn)制信息處理?！叭欢?，量子計算機的構建模塊不僅僅是0 和1”，因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗物理學(xué)家馬丁·林保爾解釋道，“將它們限制為二進(jìn)制系統會(huì )阻礙這些設備發(fā)揮其真正潛力?！?/p>
盡管以0和1存儲信息并不是最有效的計算方式，但卻是最簡(jiǎn)單的方式。簡(jiǎn)單通常還意味著(zhù)可靠且穩健，對錯誤具有抵抗性，因此二進(jìn)制信息已成為經(jīng)典計算機無(wú)可挑戰的標準。
在量子世界中，情況就大不相同了。例如，在因斯布魯克量子計算機中，信息存儲在單個(gè)捕獲的鈣原子中。這些原子中的每一個(gè)天然有8種不同的狀態(tài)，通常只有其中兩種用于存儲信息。但事實(shí)上，幾乎所有現有的量子計算機都可訪(fǎng)問(wèn)更多的量子狀態(tài)。
因斯布魯克大學(xué)物理學(xué)家開(kāi)發(fā)的量子計算機，可使用鈣原子中多達7種狀態(tài)來(lái)充分利用這些原子的潛力。與經(jīng)典案例相反，使用更多狀態(tài)并不會(huì )降低計算機的可靠性。研究人員表示，量子系統自然不只有兩種狀態(tài)，新研究證明了多狀態(tài)同樣可以很好地被控制。
另一方面，許多需要量子計算機的任務(wù)，例如物理、化學(xué)或材料科學(xué)中的問(wèn)題，也很自然地用量子數字語(yǔ)言表達。為量子位重寫(xiě)語(yǔ)言，對于今天的量子計算機來(lái)說(shuō)過(guò) 于復雜。林保爾解釋說(shuō)：“不僅對于量子計算機，而且對于它的應用來(lái)說(shuō)，超越0和1是非常自然的，這使我們能夠釋放量子系統的真正潛力?！?/p>
物理學(xué)家們對量子計算機的期望，就是通過(guò)微觀(guān)物質(zhì)的一些不可思議特性，實(shí)現遠超現有計算機的計算速度。量子計算的法則在其中起著(zhù)關(guān)鍵作用。如果能讓微觀(guān)粒 子的潛力，譬如說(shuō)多狀態(tài)，真正為量子計算機所用，那將是一個(gè)革命性的突破，因為其不僅僅體現為概念上的優(yōu)越性，還能讓所有量子計算的能力躍遷，變得信手拈 來(lái)。