在 2022 年 7 月 27 日發佈於《自然·通訊》期刊上的一篇文章中，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家們，介紹了一種可讓量子計算機以光子形式存儲更多信息的強大技術。據悉，傳統計算機以二進制比特位（0 或 1）來存儲和處理信息，但量子計算機則通過可藉助量子比特的“疊加態”而極大地提升這種能力。
（來自：ORNL）
有趣的是，ORNL 研究團隊提出了一種被稱作“qudits”的新興量子比特，宣稱能夠讓普通量子比特（qubit）更上一層樓。
文章指出，qudits 理論上可包含數十種不同的值、而不像量子比特那樣只有兩種值，因而能夠極大地提升數據處理和存儲的潛力。
更棒的是，qudits 對可能破壞量子比特的外部“噪聲”也更具彈性。不過難點在於，人們很難測量或讀取存儲在 qudits 上的數據。
有鑒於此，ORNL、普渡大學（Purdue University）和瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員們，開發了一項能夠更可靠地生成和讀取 qudits 的新技術。
實驗表明，其能夠生成容納多達 8 個信息級別的量子點。再將之成對量子糾纏，以生成 64 維的“量子空間”（quantum space），從而實現四倍於以往的研究成果。
為此，研究人員先得將激光照射到微環諧振器中。這個小圓形結構可產生具有 8 維狀態的光子對，在以對的顏色頻率糾纏到一起后，便可產生一個理論上可容納多達 64 個數據值的量子空間。
接着研究人員使用電光相位調製器，以不同方式混合不同頻率的光，再藉助脈衝整形器修改這些頻率的相位。此前這些儀器已被用於電信領域，但本例用卻用於隨機執行操作。
此舉可產生諸多不同類型的頻率相關性，然後科學家們利用統計方法和模擬對其展開分析，以找到最適合量子信息系統的頻率相關性。
展望未來，ORNL 團隊還計劃將這些糾纏光子沿光纖發送，以測試諸如量子隱形傳態和糾纏交換之類的特性、為將來的量子通信協議打好堅實的基礎。
左起為 Hsuan-Hao Lu 和 Joseph Lukens（ORNL 量子實驗室）
有關這項研究的詳情，已發表於 2022 年 7 月 27 日的《Nature Communications》期刊。
原標題為《Bayesian tomography of high-dimensional on-chip biphoton frequency combs with randomized measurements》。