迈向具有光速能力的计算机的一次有希望的飞跃

科学家们创造了一种可重新编程的基于光的处理器，这是世界上第一个，他们说这可能会开创量子计算和通信的新时代

这些新兴领域的原子级技术已经为药物发现和其他小规模应用带来了巨大的好处

在未来，大规模量子计算机有望解决当今计算机不可能解决的复杂问题

澳大利亚皇家墨尔本理工大学首席研究员Alberto Peruzzo教授表示，该团队的处理器——一种使用光粒子携带信息的光子学设备——可以通过最大限度地减少“光损失”来帮助实现成功的量子计算

RMIT ARC量子计算与通信技术卓越中心（CQC2T）节点负责人Peruzzo表示：“我们的设计使量子光子量子计算机在光损耗方面更加高效，这对保持计算的进行至关重要。”

“如果你失去了光线，你就必须重新开始计算。”

Peruzzo说，其他潜在的进步包括改善“不可破解”通信系统的数据传输能力，以及增强环境监测和医疗保健中的传感应用

团队取得了什么成就

该团队在一系列实验中对光子学处理器进行了重新编程，通过施加不同的电压，实现了相当于2500个器件的性能。他们的研究结果和分析发表在《自然通讯》上

佩鲁佐说：“这项创新可能会为量子光子处理器带来一个更紧凑、更可扩展的平台。”

首席作者、RMIT博士学者杨扬表示，该设备“完全可控”，能够以更低的功耗进行快速重新编程，并取代了制造许多定制设备的需要

“我们在单个设备上通过实验证明了不同的物理动力学，”他说

“这就像有一个开关来控制粒子的行为，这对理解量子世界和创造新的量子技术都很有用。”

意大利特伦托大学的Mirko Lobino教授使用一种名为铌酸锂的晶体制造了创新的光子器件，美国印第安纳波利斯印第安纳大学普渡大学的Yogesh Joglekar教授带来了他在凝聚态物理学方面的专业知识

铌酸锂具有独特的光学和电光特性，是光学和光子学中各种应用的理想选择

洛比诺说：“我的团队参与了该设备的制造，这尤其具有挑战性，因为我们必须将波导顶部的大量电极小型化，才能达到这种可重新配置的水平。”

Joglekar说：“可编程光子处理器为探索这些设备中的一系列现象提供了一条新的途径，这些现象可能会开启技术和科学的惊人进步。”

又一次飞跃

与此同时，Peruzzo的团队还开发了世界上第一个混合系统，该系统将机器学习与建模相结合，对光子处理器进行编程，并帮助控制量子设备

佩鲁佐表示，量子计算机的控制对于确保数据处理的准确性和效率至关重要

“该设备输出精度面临的最大挑战之一是噪声，它描述了量子环境中影响量子位性能的干扰，”他说

量子比特是量子计算的基本单位

佩鲁佐说：“有一系列行业正在开发全尺寸量子计算，但他们仍在与噪声造成的错误和效率低下作斗争。”

Peruzzo说，控制量子位的尝试通常依赖于对什么是噪声以及是什么导致噪声的假设

“我们没有做出假设，而是开发了一种协议，该协议使用机器学习来研究噪声，同时还使用建模来预测系统对噪声的反应，”他说

Peruzzo表示，通过使用量子光子处理器，这种混合方法可以帮助量子计算机更精确、更高效地运行，影响我们未来控制量子设备的方式

佩鲁佐说：“我们相信我们的新混合方法有潜力成为量子计算的主流控制方法。”

RMIT的首席作者Akram Youssry博士表示，与传统的建模和控制方法相比，新开发的方法的结果有了显著的改进，可以应用于光子处理器之外的其他量子器件

他说：“这种方法帮助我们发现和理解了设备的某些方面，这些方面超出了这项技术的已知物理模型。”

“这将帮助我们在未来设计更好的设备。”

《实验性灰盒量子系统识别和控制》发表在《npj量子信息》上

Peruzzo表示，下一步可以围绕他的团队的光子器件设计和量子控制方法创建量子计算初创公司，他们将继续从应用及其“全部潜力”方面进行研究

“量子光子学是最有前景的量子产业之一，因为光子学产业和制造基础设施已经建立得很好，”他说

“量子机器学习算法在某些任务中比其他方法具有潜在优势，尤其是在处理大型数据集时。”

“这不仅仅是幻想，而是量子技术推动的潜在未来