超越“0”和“1” 利用钙原子中七种离子状态

新量子计算机解锁更多计算能力

科技日报北京7月21日电 （记者张梦然）奥地利因斯布鲁克大学实验物理系托马斯·蒙兹团队成功开发了一种量子计算机，可使用所谓的“量子数字”执行任意计算，从而以更少的量子粒子释放更多的计算能力。该项研究成果发表在最新一期《自然·物理学》杂志上。

计算机使用0和1，也就是二进制信息进行运算。在此基础上，今天的量子计算机在设计时也考虑到了二进制信息处理。“然而，量子计算机的构建模块不仅仅是0和1”，因斯布鲁克大学实验物理学家马丁·林保尔解释道，“将它们限制为二进制系统会阻碍这些设备发挥其真正潜力。”

尽管以0和1存储信息并不是最有效的计算方式，但却是最简单的方式。简单通常还意味着可靠且稳健，对错误具有抵抗性，因此二进制信息已成为经典计算机无可挑战的标准。

在量子世界中，情况就大不相同了。例如，在因斯布鲁克量子计算机中，信息存储在单个捕获的钙原子中。这些原子中的每一个天然有8种不同的状态，通常只有其中两种用于存储信息。但事实上，几乎所有现有的量子计算机都可访问更多的量子状态。

因斯布鲁克大学物理学家开发的量子计算机，可使用钙原子中多达7种状态来充分利用这些原子的潜力。与经典案例相反，使用更多状态并不会降低计算机的可靠性。研究人员表示，量子系统自然不只有两种状态，新研究证明了多状态同样可以很好地被控制。

另一方面，许多需要量子计算机的任务，例如物理、化学或材料科学中的问题，也很自然地用量子数字语言表达。为量子位重写语言，对于今天的量子计算机来说过于复杂。林保尔解释说：“不仅对于量子计算机，而且对于它的应用来说，超越0和1是非常自然的，这使我们能够释放量子系统的真正潜力。”