光子的量子漫步

从Wü民族大学的物理学家能够在按下一个按钮生成相同的寻找单光粒子。两个新的研究表明这种方法的潜力。

量子计算机激发了科学家几十年的想象力：它是基于根本不同的现象比传统的计算机。因此，预计将在不太遥远的未来解决问题，这是几乎不可能解决的经典超级计算机。物理学家称之为“量子计算霸权”。

但量子计算机的优势尚未得到证实：利用量子力学效应的计算是困难的，所以前原型只能解决很简单的问题。从Wü民族大学和在合肥和上海的中国科技大学的研究人员正在准备改变这。他们刚刚在自然光子学和物理评论快报上发表了他们的研究。

科学家们建立了一个特殊的变种量子计算机，致力于一个单一的任务。”所以我们没有一个真正的通用量子计算机，而它的小兄弟，只能解决一个特殊问题，”Sven H教授ö把从Würzburg的椅子大学应用物理解释。

多年来，Hö甩和他的同事Christian Schneider和Martin Kamp一直在发展和完善这一计算机中心元素：所谓的单光子源。此源在按下按钮时生成单个光粒子（光子）。相反，对于一个灯泡或一个激光器，它是不可能准确地预测多少光子将发射在任何给定的时间。

众多量子光学实验的基础

Würzburg光源的另一个优势：发射光粒子看上去是一样的：他们具有完全相同的颜色和传播方向相同的方向。”单光子作为这些是许多量子光学实验的基本要求，“Hö甩强调。”在多年的工作中，我们已经优化了我们的方法，使我们现在能够产生这样的光粒子非常有效和可靠的“数字表示，这意味着，当科学家按下按钮100次，他们的光源将产生一个单光子高达74倍。这种方法只有一次错误地同时传送两个光子。

来自合肥和上海的合作伙伴把光子放在一种光定向运行中：它们使光粒子穿过一个物质，在那里它们偶然地在路上碰到一个叉，象征性地说，它们是有规律的间隔。然后每一次他们必须选择左或右路径。

他们的情况是类似的，有人猜硬币几次。每当硬币抬头时，他向右边走了一步。如果它的尾巴，他会走一步向左。翻转硬币十次后，该名男子可能没有得到非常远离他开始，因为硬币有一个50 / 50的概率登陆尾或头部。为了走十步到右边，他必须连续抬起头十次。这是不太可能的。

五个参与者的量子漫步

如果这个实验连续进行了1000次，在每次抛球后记录了人的位置，我们就会得到一个典型的钟形曲线：旅程经常在起点附近某处结束。与此相反，该名男子只很少位于左侧或右侧。

实验被称为“随机游走”。我们在自然界的许多领域遇到这种现象，例如布朗运动。量子物理学中的类比就是所谓的“随机量子漫步”。然而，这种量子游走的结果是预测困难得多，因为可区分粒子的量子干涉，特别是当多个粒子同时出发。”已从大约20个光子，经典计算机达到极限，“Hö扔了。”我们的合作伙伴中国因此与量子仿真模拟问题的光子电路连接采用单光子。”

在最近的出版物中，他们同时发射了五个光子。要确定分布，他们需要尽可能多的时间使用他们的方法，因为它会采取了最早的电子计算机做。但我们认为，我们的方法将使我们能够模拟运行20个或更多的光子，”Sven Hö把满怀希望的说。”这将把我们带到一个水平，量子技术可以证明其至高无上的标准电脑的第一次，我们正在努力这一点。”

来源：Frank Luerweg