科技日報記者?張夢然

奧地利因斯布魯克大學實驗物理系托馬斯·蒙茲團隊成功開發了一種量子計算機，可使用所謂的“量子數字”執行任意計算，從而以更少的量子粒子釋放更多的計算能力。該項研究成果發表在最新一期《自然·物理學》雜志上。

因斯布魯克量子計算機將信息存儲在單個被捕獲的鈣原子中，每個鈣原子都有8種狀態，科學家們已使用其中多達7種狀態進行計算。
圖片來源：奧地利因斯布魯克大學

計算機使用0和1，也就是二進制信息進行運算。在此基礎上，今天的量子計算機在設計時也考慮到了二進制信息處理。“然而，量子計算機的構建模塊不僅僅是0 和1”，因斯布魯克大學實驗物理學家馬丁·林保爾解釋道，“將它們限制為二進制系統會阻礙這些設備發揮其真正潛力。”

盡管以0和1存儲信息并不是最有效的計算方式，但卻是最簡單的方式。簡單通常還意味著可靠且穩健，對錯誤具有抵抗性，因此二進制信息已成為經典計算機無可挑戰的標準。

在量子世界中，情況就大不相同了。例如，在因斯布魯克量子計算機中，信息存儲在單個捕獲的鈣原子中。這些原子中的每一個天然有8種不同的狀態，通常只有其中兩種用于存儲信息。但事實上，幾乎所有現有的量子計算機都可訪問更多的量子狀態。

因斯布魯克大學物理學家開發的量子計算機，可使用鈣原子中多達7種狀態來充分利用這些原子的潛力。與經典案例相反，使用更多狀態并不會降低計算機的可靠性。研究人員表示，量子系統自然不只有兩種狀態，新研究證明了多狀態同樣可以很好地被控制。

另一方面，許多需要量子計算機的任務，例如物理、化學或材料科學中的問題，也很自然地用量子數字語言表達。為量子位重寫語言，對于今天的量子計算機來說過 于復雜。林保爾解釋說：“不僅對于量子計算機，而且對于它的應用來說，超越0和1是非常自然的，這使我們能夠釋放量子系統的真正潛力。”

物理學家們對量子計算機的期望，就是通過微觀物質的一些不可思議特性，實現遠超現有計算機的計算速度。量子計算的法則在其中起著關鍵作用。如果能讓微觀粒 子的潛力，譬如說多狀態，真正為量子計算機所用，那將是一個革命性的突破，因為其不僅僅體現為概念上的優越性，還能讓所有量子計算的能力躍遷，變得信手拈 來。

總編輯圈點：

物理學家 們對量子計算機的期望，就是通過微觀物質的一些不可思議特性，實現遠超現有計算機的計算速度。量子計算的法則在其中起著關鍵作用。如果能讓微觀粒子的潛 力，譬如說多狀態，真正為量子計算機所用，那將是一個革命性的突破，因為其不僅僅體現為概念上的優越性，還能讓所有量子計算的能力躍遷，變得信手拈來。