研究人员利用激光束开创量子计算新局面

演示设备

威特沃特斯兰德大学(Wits)的物理学家利用激光束和日常显示技术开发出了一种创新的计算系统，标志着在寻求更强大的量子计算解决方案方面取得了重大飞跃。

该大学结构光实验室的研究人员取得的这一突破，通过利用光的独特特性，为先进的量子计算提供了一种更简单、更具成本效益的方法。这一发展有可能加速物流、金融和人工智能等领域的复杂计算。这项研究以编辑推荐的形式发表在《APL Photonics》杂志上。

Wits光学领域 Optica 新兴领导者主席 Isaac Nape 博士说：“传统计算机的工作原理就像配电盘一样，将信息处理为简单的 “是 ”或 “否 ”的决定。我们的方法利用激光束同时处理多种可能性，大大提高了计算能力。”

包括硕士生Mwezi Koni和Hadrian Bezuidenhout在内的研究团队利用普通得令人吃惊的部件——激光束、类似于投影仪的数字显示器和简单的透镜，构建了他们的系统。

关键在于将光如何与数字显示器和透镜等光学设备相互作用与量子计算机中量子运算所执行的数学运算联系起来。这些运算可以简单地分解为乘法和加法(使用向量和矩阵)，全部以光速执行。

使用光矢量矩阵乘法的量子计算模拟

一旦实现了这一点，他们就展示了Deutsch-Jozsa算法，这是一种巧妙的测试方法，可以确定计算机执行的操作是随机的还是可预测的--量子计算机执行这种操作的速度远远超过任何经典计算机器。

Koni补充说：“我们的工作为模拟更复杂的量子算法铺平了道路。这将为量子优化和量子机器学习等领域带来令人兴奋的新可能性。”

与传统计算机相比，他们的方法可以处理更多的信息，而传统计算机只能处理 1 和 0。

领导这项实验的Koni说：“我们已经证明，我们的系统可以处理 16 种不同层次的信息，而不仅仅是经典计算机中使用的两种信息。理论上，我们可以将其扩展到处理数百万个层次，这将改变处理复杂信息的游戏规则。”

对于南非和其他新兴经济体来说，这项研发的特别意义在于它的可及性。该系统使用现成的设备，使其成为可能无法获得更昂贵计算技术的研究实验室的实用选择。

Bezuidenhout说：“光是这种计算的理想介质，它的移动速度快得惊人，可以同时处理多个计算。这使它成为处理复杂问题的完美工具，而传统计算机需要更长的时间才能解决这些问题。”

这项研究是WitsQ量子计划的一部分，得到了南非量子计划(SAQuTI)的支持，使南非站在了先进计算研究的前沿。该团队目前正在努力扩展其系统的功能，这可能会在未来带来更强大的计算解决方案。

这一发展标志着南非在使先进计算更加普及和实用方面迈出了重要一步，特别是对于那些尖端技术基础设施可能受到成本限制的地区。

审核编辑 黄宇