量子技術易行之路

量子信息科學家近期揭露了一款新的探測儀，這種探測儀在多年前被認為是不可能實現的，那這是什麼探測儀呢？

量子技術工程師近年來已經多次展示了一種探測單光子的方法，這種方法可以一次探測到至少4個光子。研究人員稱這項發現可以釋放世界範圍內致力於量子信息科學物理研究人員的潛力，同時還為研發量子技術鋪設了一條簡單易行之路。

這項研究是杜克大學、俄亥俄州立大學和來自的工業界Quantum Opus公司聯合開展的，相關的研究成果已經發表在《光學》期刊上。

俄亥俄州立大學大學物理系教授Daniel Gauthier表示，量子計算領域的科學家在十多年之前就已經開始嘗試開展這項研究了，開始之前他們進行了粗略計算，他們根據計算結果得出的結論是要造出這樣的探測儀是不可能的。他還表示，研究過程是艱苦的，他們每天做著不一樣的實驗，做過的實驗絕不再做，他們一直堅持著一個信念：要打破這種不可能。

杜克大學電氣和計算機工程教授Jungsang Kim補充說道，當他們公布數據的時候，全世界的科學家都震驚了，從來沒有任何一個研究團隊像他們一樣在沒有任何支持的情況下嘗試做不可能的事情。

研究人員建造出了超導納米線單光子探測儀（superconducting nanowire single-photon detector），該款探測儀的主要特徵就是能一次探測出多個光子。

探測儀的核心部件是超導絲（ superconducting filament）。超導絲是一種特殊的可在低溫下無損永久導電的材料。超導絲也類似於銅線，一次也能傳導大量的電流。

超導納米線單光子探測儀的工作原理很簡單，就是將電流導入探測儀內部的一圈超導線，並使電流達到其容量最大值。當有光子通過時，超導線圈內某一小段的最大電流量會下降，導致超導性能缺失。超導性能缺失會發出一種電流信號，這就證明了光子的存在。

在原始的研究基礎上，研究人員新增了幾項設置。新的設置中，研究人員特別關注了電流信號開始激增時的特殊形狀，這表明他們可以利用這些細節來正確判斷超導線圈內是否有四個光子同時通過。

此項研究的第一作者、杜克大學電氣工程博士研究生Clinton Cahall表示，光子數量解決方案（Photon-number-resolution）對量子科學的研究很有用，但是要實行起來卻不是那麼簡單。現在很多研究量子計算的商業公司在光子探測上有很好的方法，但是這些方法卻不是以超導為基礎的。雖然現在已經有實驗室建造了超導探測儀，但是這種實驗室在全世界可能只能找出一家來，並且其設計的超導線圈也可能欠缺敏感度，在計算速度和時間上會有偏差。

對於其它實驗室來說，要想利用此項研究成果，他們需要的僅僅只是可以放大探測儀中微弱的電流信號的放大器。但是，這個放大器的工作環境必須和探測儀的相同，也就是能在零下452華氏度下正常運行，這樣做的目的是減少外界環境帶來的干擾。另外，要使用這种放大器，對帶寬要求很高，目的是防止信號減弱。這种放大器目前已經可用於商業用途，許多實驗室都已經配備了此放大器。

研究人員稱此項研究對量子計算領域有一定促進作用，希望在未來有新的成果出現。

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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