科學家們剛剛將 18 個量子位元——量子計算中最基本的單位——打包到僅有的 6 個奇特連線的光子中。這達到了前所未有的每個光子 3 個量子位元，並且創造了透過量子糾纏相互連線的量子位元數量的記錄。
那麼，為什麼這令人興奮呢？
傳統計算機中進行的所有工作，包括您正在使用閱讀本文的任何裝置，都依賴於使用位元進行的計算，位元在兩種狀態之間切換（通常稱為“1”和“0”）。量子計算機使用量子位元進行計算，量子位元也類似地在兩種狀態之間搖擺，但其行為符合量子物理學中更奇怪的規則。與傳統的位元不同，量子位元可以具有不確定的狀態——既不是 1 也不是 0，而是兩者皆有可能——並且變得奇怪地連線或糾纏，因此一個位元的行為會直接影響另一個位元。理論上，這允許進行各種常規計算機幾乎無法完成的計算。（然而，目前量子計算仍處於非常早期的實驗階段，研究人員仍在測試可能性的範圍，就像這項研究中一樣。）
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加州大學伯克利分校的量子物理學家悉尼·施雷普勒表示，這項成就之所以可能實現，很可能是因為中國科學技術大學（USTC）的研究團隊設法將如此多的量子位元壓縮到如此少的粒子中。[關於引力的 6 個奇怪的事實]
她說：“如果目標是製造 18 個，那麼各研究小組……過去會做的方式是製造 18 個糾纏的粒子，每個粒子都有一個[量子位元]。” “這將是一個緩慢的過程。”
她說，僅僅將實驗中使用的六個粒子糾纏就需要“幾秒鐘”——這在計算機時間中已經是一個永恆，因為每次計算都必須開始新的糾纏過程。並且新增到糾纏中的每個額外的粒子加入的速度都比上一個慢，以至於一次一個地構建 18 量子位元的糾纏是完全不合理的。
（有很多量子實驗涉及超過 18 個量子位元，但在這些實驗中，量子位元並非都糾纏在一起。相反，系統僅為每次計算糾纏幾個相鄰的量子位元。）
為了將每個糾纏的六個粒子（在本例中為光子）打包三個量子位元，研究人員利用了光子的“多個自由度”，他們在 6 月 28 日發表在《物理評論快報》上的論文中報告了這一點，該論文也可在arXiv 伺服器上獲得。
當一個量子位元被編碼到一個粒子中時，它被編碼到粒子可以來回翻轉的狀態之一中——比如它的極化或它的量子自旋。每一個都是一個“自由度”。一個典型的量子實驗只涉及所有涉及的粒子的一個自由度。但像光子這樣的粒子有很多自由度。施雷普勒說，透過同時使用多個自由度進行編碼——研究人員之前已經涉足過，但沒有達到這種極端程度——量子系統可以將更多的資訊壓縮到更少的粒子中。
施雷普勒說：“這就像您在計算機中使用了 6 個位元，但是每個位元所能容納的資訊量增加了三倍，而且它們可以非常快速且高效地做到這一點。”
她說，中科大的研究人員完成這項實驗的事實，並不意味著其他地方的量子計算實驗將開始一次涉及更多的自由度。她說，光子對於某些型別的量子運算特別有用——最重要的是，量子網路，其中資訊在多個量子計算機之間傳輸。但是，其他形式的量子位元（如施雷普勒研究的超導電路中的量子位元）可能不容易進行這種操作。
她說，該論文的一個懸而未決的問題是，所有糾纏的量子位元是否以相同的方式相互作用，或者在同一粒子上的量子位元相互作用或跨不同自由度的量子位元相互作用之間是否存在差異。
研究人員在論文中寫道，從長遠來看，這種實驗設定可能會允許進行某些量子計算，直到現在，這些計算還只是在理論上討論過，從未付諸實踐。
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