研究人員用量子點構建了類似晶體管的門用于量子信息處理

量子信息處理有望比當今的超級計算機更快，更安全地實現，但由于其構造塊，量子位非常不穩(wěn)定，因此它尚不存在。

普渡大學的研究人員是首批使用qud建造門的人，這可能是當今計算機中用于處理信息的晶體管的量子版本。量子位只能存在于0和1狀態(tài)的疊加中，而量子則存在于多個狀態(tài)中，例如0和1和2。更多狀態(tài)意味著可以對更多數據進行編碼和處理。

該門不僅具有比量子位門更高的效率，而且還具有更高的穩(wěn)定性，因為研究人員將這些量子位包裝在光子中，而光子是不容易受到周圍環(huán)境干擾的光粒子。研究人員的發(fā)現發(fā)表在npj Quantum Information中。

門還創(chuàng)建了迄今為止最大的量子粒子糾纏態(tài)之一-在這種情況下是光子。糾纏是一種量子現象，它使一個粒子上的測量結果自動影響另一粒子上的測量結果，從而使各方之間的通信變得不可中斷，或者將量子信息從一個點傳送到另一個點。

在所謂的希爾伯特空間(可以進行量子信息處理的領域)中糾纏得越多越好。

先前的光子方法能夠達到希爾伯特空間中六個糾纏光子編碼的18個量子位。普渡大學的研究人員使用僅在兩個光子中編碼的四個qud(相當于20量子比特)來最大化與門的糾纏。

在量子通信中，少即是多。普渡大學電氣與計算機工程學院的博士后研究員Poolad Imany說：“光子在量子意義上是昂貴的，因為它們難以生成和控制，因此理想的是將盡可能多的信息封裝到每個光子中。”

該團隊通過在兩個光子中每個光子的時域中編碼一個Qudit，在頻域中對另一個Qudit編碼，從而用更少的光子實現了更多的糾纏。他們使用在每個光子中編碼的兩個qud建立了一個門，總共有32個維度(時間和頻率)的四個qud。尺寸越大，糾纏越多。

從在頻域中糾纏的兩個光子開始，然后操作門以糾纏每個光子的時域和頻域，將生成四個完全糾纏的qudits，它們占據了1,048,576維的希爾伯特空間，即四次冪的32。

通常，建立在光子平臺上的門只能操縱部分光子中編碼的量子信息，因為光子自然不會很好地相互作用，因此很難根據一個光子的狀態(tài)來操縱一個光子的狀態(tài)。另一個。通過在光子的時域和頻域中對量子信息進行編碼，普渡大學的研究人員使確定性而非概率性的量子門操作成為可能。

該團隊使用了光通信行業(yè)中日常使用的一套標準現成設備來實現該門。

普渡大學Scifres家庭電氣與計算機工程系著名教授安德魯·韋納(Andrew Weiner)說：“這個門使我們能夠以可預測的確定性方式操縱信息，這意味著它可以執(zhí)行某些量子信息處理任務所需的操作。”在超快光學中。

接下來，該團隊希望在諸如高維量子隱形傳態(tài)等量子通信任務中使用門，以及在諸如量子機器學習或模擬分子等應用中執(zhí)行量子算法。