研究人员用量子点构建了类似晶体管的门用于量子信息处理

量子信息处理有望比当今的超级计算机更快，更安全地实现，但由于其构造块，量子位非常不稳定，因此它尚不存在。

普渡大学的研究人员是首批使用qud建造门的人，这可能是当今计算机中用于处理信息的晶体管的量子版本。量子位只能存在于0和1状态的叠加中，而量子则存在于多个状态中，例如0和1和2。更多状态意味着可以对更多数据进行编码和处理。

该门不仅具有比量子位门更高的效率，而且还具有更高的稳定性，因为研究人员将这些量子位包装在光子中，而光子是不容易受到周围环境干扰的光粒子。研究人员的发现发表在npj Quantum Information中。

门还创建了迄今为止最大的量子粒子纠缠态之一-在这种情况下是光子。纠缠是一种量子现象，它使一个粒子上的测量结果自动影响另一粒子上的测量结果，从而使各方之间的通信变得不可中断，或者将量子信息从一个点传送到另一个点。

在所谓的希尔伯特空间(可以进行量子信息处理的领域)中纠缠得越多越好。

先前的光子方法能够达到希尔伯特空间中六个纠缠光子编码的18个量子位。普渡大学的研究人员使用仅在两个光子中编码的四个qud(相当于20量子比特)来最大化与门的纠缠。

在量子通信中，少即是多。普渡大学电气与计算机工程学院的博士后研究员Poolad Imany说：“光子在量子意义上是昂贵的，因为它们难以生成和控制，因此理想的是将尽可能多的信息封装到每个光子中。”

该团队通过在两个光子中每个光子的时域中编码一个Qudit，在频域中对另一个Qudit编码，从而用更少的光子实现了更多的纠缠。他们使用在每个光子中编码的两个qud建立了一个门，总共有32个维度(时间和频率)的四个qud。尺寸越大，纠缠越多。

从在频域中纠缠的两个光子开始，然后操作门以纠缠每个光子的时域和频域，将生成四个完全纠缠的qudits，它们占据了1,048,576维的希尔伯特空间，即四次幂的32。

通常，建立在光子平台上的门只能操纵部分光子中编码的量子信息，因为光子自然不会很好地相互作用，因此很难根据一个光子的状态来操纵一个光子的状态。另一个。通过在光子的时域和频域中对量子信息进行编码，普渡大学的研究人员使确定性而非概率性的量子门操作成为可能。

该团队使用了光通信行业中日常使用的一套标准现成设备来实现该门。

普渡大学Scifres家庭电气与计算机工程系著名教授安德鲁·韦纳(Andrew Weiner)说：“这个门使我们能够以可预测的确定性方式操纵信息，这意味着它可以执行某些量子信息处理任务所需的操作。”在超快光学中。

接下来，该团队希望在诸如高维量子隐形传态等量子通信任务中使用门，以及在诸如量子机器学习或模拟分子等应用中执行量子算法。