科學家首次實現雙光子“量子漫步”

　　據英國《每日郵報》9月19日（北京時間）報道，由英國布里斯托爾大學研究人員領導的國際研究小組制造出了一種新型的光子芯片，并在其上實現了雙光子量子漫步。研究人員表示，他們的研究開辟了量子計算的新道路。

　　英國布里斯托爾大學量子光學中心的科學家們成功制造出了這種光子（硅）芯片。他們讓兩個完全相同的光粒子（光子）通過一個硅芯片上的電路網絡，實現了被稱為量子漫步（Quantum Walk）的物理過程。之前已經有研究小組實現了單光子的量子漫步，而這是科學界首次實現兩個光粒子的量子漫步，其影響非常深遠。

　　量子光學中心的主任杰里米·奧布萊恩表示，科學界普遍認為，量子計算機的問世至少還需要25年。而雙光子的光子芯片系統意味著量子信息科學領域的全新開始，使用該新技術，量子計算機有望在10年內問世，其計算能力將遠遠超出傳統的計算機。

　　從單光子量子漫步到雙光子量子漫步的跨越并非“小菜一碟”，因為要保證兩個光子在所有方面完全相同非常困難。另外，單光子量子漫步可以用經典波動理論來解釋；而雙光子量子漫步無法用任何經典理論來解釋，完全是一種量子現象。

　　奧布萊特表示，目前能夠直接實現和觀測雙光子的量子漫步，接下來就可以在這種光子芯片上實現三光子甚至多光子的量子漫步。需要指出的是，這種擴展不是簡單的光子數目的增長，而是一個非常大的挑戰：每添加一個光子，能夠解決的問題的復雜度將成指數級增加。

　　該研究團隊希望盡快將其最新研究成果直接用于研發新的模擬工具；而從長遠來看，基于多光子量子漫步的量子計算機能夠被用來模擬諸如超導、光合作用等由量子力學規律主導的復雜現象。奧布萊恩表示，他們的技術不僅能幫助人們更好地理解這些重要的物理現象，還有助于研發出更高效的太陽能電池、超高速和超高效的搜索引擎、高科技材料以及新藥等。

　　接下來，這個包括了日本東北大學、以色列魏茨曼科學研究所、荷蘭屯特大學研究人員的國際研究小組計劃利用這款光子芯片來進行量子力學方面的模擬實驗，同時打算使用更多的光子和更大的電路回路來完成更復雜的實驗。