“量子彩虹”—转换颜色的光子允许进行室温量子计算

普渡大学的研究人员已经开发出一种量子计算技术，使用纠缠的光子或量子位来代替量子位。该技术的主要优势，它允许量子计算在室温下完成。从图上图像显示了两个量子纠缠的光子如何在颜色或光频率之间移动。

普渡大学工程师开发的这种新的量子随机游走技术，可以使量子计算机以超越传统计算机的速度来搜索数据。

在随机行走中，量子特工在每个时间间隔随机向右或向左移动，就像在高尔顿板上的球，在每一步跳到相邻的槽口一样。这样可以扫描数据库空间以搜索特殊值，例如查找其最小值。

在量子领域，随机游走的规律都不一致的。量子剂可以在每个步骤同时向右和向左移动。好比如，量子粒子可以同时沿多个轨迹行进，这可以大大加快对大型数据库的搜索。

“量子彩虹”技术使用了特定颜色或频率的光子。一个主要优点是，与其他类型的量子计算不同，该技术可以在室温下完成。另一个优点是，可以使用集成的光子学和光波，或光通信中常见的其他组件进行实验，这样可以降低成本并带来与光纤通信基础设施的兼容性。

将来，量子游走技术可用于在合理的时间内搜索大量数据。这可能包括快速搜索世界上所有的指纹，或在新制造的飞机机翼或机翼上发现微观缺陷。微处理器的缺陷。

Google在2019年10月宣布了使用53量子位处理器“ Sycamore”的“量子至上”实验的结果，该处理器执行了高度复杂的量子随机游动。这是一个了不起的成就，但是使用量子位的量子计算却面临着挑战。首先，量子计算机需要冷却到接近绝对零，这最好用开尔文温度标度表示，以保持量子位的叠加。

超导量子电路的工作温度约为20度开尔文（即零下253℃）。因此，需要一个巨大的并非常复杂的冰箱作为外部环境，来支持使量子位存储量子信息，并以量子方式起作用。使用光子代替超导量子位，这样可以让量子计算在室温下完成。与此同时，光子也面临挑战，并且尚无法与超导量子位实现的复杂性相匹敌。

关键是量子行走是量子计算机发展的核心部分。“量子彩虹”说的是还有另一种进行量子行走的方法，但是在室温下使用光子以前所未有的方式进行。

在该技术中使用的光子在颜色（即频率）空间中行走，在行走过程的同时，以量子方式随机改变颜色。光子成对纠缠在一起，因此一个光子的行走方式及高度，依赖于另一对双光子的行走方式。通过编程量子态，光子能够以吸引或排斥的方式行走。这样的光子还可以存储和处理称为qudits（带有“ d”）的多值量子信息。在2019年，韦纳和博士后研究员Poolad Imany（现为美国国家标准技术研究院的博士后研究员）宣布，他们已经创建了一个双量子门，这相当于传统计算中的晶体管。

韦纳说，使用计算机位的随机行走类似于硬币翻转，因为位的值为1或0。然后，助行器的移动（向右或向左移动）取决于此硬币翻转的结果。但是，使用四元组的量子行走更像是掷出一个骰子，骰子有六个侧面，可以代表六个不同的运动轨迹。在这种情况下，纠缠的光子相当于八面骰子，例如《龙与地下城》中所使用的那种。Qudits带来了在每个光子上放置更多信息并并行探索更多量子随机行走结果的潜力。

Imany说他们展示的是连续的量子游走。“以前，改变光子的演化时间需要改变量子行走电路的物理尺寸。在这种情况下，粒子没有跳跃到多个位置的突然步骤。它只是以行走深度连续地“泄漏”到多个位置可以电调谐，”他说。“这是特别重要的，因为这是自然现象的演化方式。因此，连续的量子游动特别适合模拟诸如分子动力学之类的量子现象。”