Only Perception: 學生創造出世上規模最大的量子叢集

2013-11-21

學生創造出世上規模最大的量子叢集

Student creates world's largest quantum cluster
http://phys.org/news/2013-11-student-world-largest-quantum-cluster.html

Nov 19, 2013

(Phys.org) -- 澳洲國立大學博士生 Seiji Armstrong 在次世代運算上達成一大躍進（quantum leap）。 Seiji 與一個位於東京的團隊進行合作，創造出有史以來規模最大的量子叢集系統 -- 一個往超強、超快量子電腦之路邁進的里程碑。

"叢集中的量子系統愈多，你的量子電腦將愈強大，" 他說。

"先前的世界紀錄是 14 個。但在我們的實驗中，我們想要一次超過 10,000 個。"

Seiji 解釋，每個量子系統一如今日為傳統電腦所用的二進位制系統，能將一個「量子位元（quantum 'bit'）」的資訊編碼。

"在今日的電腦中，你有數「位元（bits）」的資訊 -- 一位元是一個 0 或 1。一個量子位元與之雷同，不過它也能存在另一個狀態中 -- 不只是成為一個 0 或 1，它也能處於所謂的（量子）「疊加（superposition）」中。"

這裡是事情開始變得有點小複雜的地方，不過 Seiji 表示，如果你把量子位元想成「錢幣」事情會變得更容易。

"想像你有一個錢幣，人頭是 0 文字是 1。當你把它上拋，然後當它在空中翻轉時，看起來猶如人頭或文字同時存在。不過，當你接住錢幣，並看看它，它不是人頭朝上，就是文字朝上。"

"那有點像量子位元的運作方式：你並不曉得它們會變成什麼狀態，直到你「測量」它們。"

"當你將這些量子位元佈署一個叢集（cluster）中，它會開啟所有不同的可能性，並能讓你利用這種強大的運算力。"

Seiji 表示，這種研究的潛在應用沒有止境。

"最終，我們將能夠利用這些量子叢集來建立量子通訊網路 -- 速度快但卻非常安全且非常強大的傳輸線路，"他說。

"在一般的電腦中，如果你有 1,000 位元，你也許能夠解開一堆非常簡單的問題。在量子電腦中，如果有 1,000 量子位元，你將能夠解開更加困難的問題 -- 那些古典電腦無法解開的問題。"

其他應用甚至有可能遠超過我們在今日世界中所能想像的。

"即便當傳統電腦已變得相當普及時，也沒有人真的能夠預見網際網路的到來。故誰又能知道這會把我們帶向何處？"

這研究是 Seiji 在東京大學的時候完成，成為 Prime Minister's Australia-Asia Award（總理澳亞獎學金）的一部分。與一個由 Akira Furusawa 教授領頭的專家小組合作是一個很棒的經歷，他說。

"那裡的每個人都有獨特的技巧，而且那真的是各個領域的專家一起合作的好例子。每個人以各種不同的方式對這個實驗做出貢獻。那真是令人振奮的東西。"

※ 相關報導：

＊ Ultra-large-scale continuous-variable cluster states multiplexed in the time domain
http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2013.287

Shota Yokoyama, Ryuji Ukai, Seiji C. Armstrong,
Chanond Sornphiphatphong, Toshiyuki Kaji,
Shigenari Suzuki, Jun-ichi Yoshikawa, Hidehiro Yonezawa,
Nicolas C. Menicucci, Akira Furusawa.
Nature Photonics (2013)
doi: 10.1038/nphoton.2013.287

....Previously, the largest cluster state consisted of eight photonic qubits or light modes, and the largest multipartite entangled state of any sort involved 14 trapped ions. These implementations involve quantum entities separated in space and, in general, each experimental apparatus is used only once. Here, we circumvent this inherent inefficiency by multiplexing light modes in the time domain. We deterministically generate and fully characterize a continuous-variable cluster state, containing more than 10,000 entangled modes. This is, by three orders of magnitude, the largest entangled state created to date. The entangled modes are individually addressable wave packets of light in two beams. Furthermore, we present an efficient scheme for measurement-based quantum computation on this cluster state based on sequential applications of quantum teleportation.