科学家研发出高保真的、双比特的量子逻辑门

Shen 表示：“在理想情况下，保真度可高达97%”。他的这项研究于 2021 年 5 月发表在《Physical Review A》上。想要进一步挖掘量子计算机的潜力，关键点在于非常规的叠加特性（在一个量子系统中同时包含很多不同的特性和状态）以及纠缠（两个粒子就像在非经典中相，尽管在物理上彼此分离）。

在经典计算机中，电压决定了一个比特的值（1或0），而研究人员经常使用单个电子作为 "量子比特"，即量子等价物。电子有几个特点很适合这项任务：它们很容易被电场或磁场所操纵，而且它们相互之间有互动。当你需要两个比特纠缠在一起时，相互作用是一种好处--让量子力学的野性显现出来。

Shen 表示：“然而，在过去的二十年里，一些科学家一直在尝试使用光子作为量子比特，而不是电子。如果计算机要产生真正的影响，我们需要研究用光来创建平台。光子没有电荷，这可能导致相反的问题：它们不像电子那样与环境相互作用，但它们也不相互作用。设计和创造特设的（有效的）光子间相互作用也一直是个挑战。或者说，传统的想法是这样的”。

当一个光子进入一个逻辑门时，没有什么值得注意的事情发生--它进去了又出来了。但是当有两个光子时，"这时我们预测这两个光子可以形成一种新的状态，即光子二聚体。事实证明，这种新状态是至关重要的。"当两个独立的光子（代表两个光学量子比特）进入逻辑门时，"逻辑门的设计使两个光子可以形成一个光子二聚体，"Shen 说。"事实证明，新的量子光子状态是至关重要的，因为它使输出状态具有正确的符号，这对光逻辑操作至关重要。"