四川
探索宇宙奧秘 · 理性思考
量子計算的"拼圖游戲"困擾物理學家多年。他們想用量子糾纏的"碎片"搭建超級計算機，但光學損耗總讓拼圖缺片少角。
現在，美國伊利諾伊大學團隊換了個思路：先確認碎片到手，再拼到圖上。這種"發射-再添加"協議，讓低效硬件也能構建復雜的光子圖態。
光子圖態是量子信息處理的"瑞士軍刀"。這種由多個光子糾纏形成的網絡結構，是測量型量子計算和量子通信的核心資源。
但建造它如同在漏水的桶里攢水。
光學系統固有的損耗讓大多數光子源效率低下。構建大型糾纏態時，光子缺失如同拼圖缺片，整個量子態瞬間崩塌。
更麻煩的是，尋找缺失位置需要探測光子，而探測本身就是破壞性的。一旦測量，量子態就塌縮，無法回補。
這個問題長期制約著光量子計算的發展。理論物理學家設計了精美的圖態算法，但實驗物理學家苦于無法可靠地生成足夠大的糾纏態。
損耗像一道無形的墻，隔開了理想與現實。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校團隊提出了"發射-再添加"（emit-then-add）方案。他們轉變思路：不再追求理想化的完美制備，而是立足現有硬件能力。
關鍵創新是"虛圖態"概念。系統先激發量子發射器產生光子。只有當光子被成功探測后，才將其信息轉移到輔助存儲自旋上。
這相當于先驗貨確認無損，再正式入庫。
如此一來，瓶頸從光子損耗轉移到自旋量子比特的相干時間。而后者在現有技術中可以達到很長。
研究人員強調，這適用于囚禁離子、中性原子等傳統上光子收集效率較低的平臺。
虛擬圖態是一個精妙的中介機制。發射器產生的光子不必同時存在于自然界。通過輔助存儲自旋，不同時刻的光子建立起量子關聯。
它首次證明了在實用化硬件上構建有用光子圖態的可能性。
團隊成員馬克斯·戈爾德形容這一過程"幾乎反直覺"。這些光子從未在自然界中同時存在，卻通過存儲自旋形成了跨時空的量子關聯。
這種"非同時性糾纏"拓展了量子態的構建范式。
將視線拉回國內，中國在該領域布局深遠。潘建偉團隊構建的"九章"系列光量子計算機，已實現高斯玻色采樣等特定任務的量子優越性。
2023年，中國科學家實現了255個光子的量子計算原型機，刷新了光量子比特糾纏數量的世界紀錄。
在實用化方面，中國科學技術大學團隊開發了高性能的量子點單光子源，為類似協議提供了硬件基礎。
不同于美國團隊側重理論協議創新，中國更擅長將光量子技術推向工程化、實用化。兩者形成互補，共同推動光量子計算從實驗室走向現實。
這種"你追我趕"的態勢，正加速量子時代的到來。
這項研究的價值在于務實。它沒有等待完美的硬件，而是讓現有設備發揮最大效用。這種"因地制宜"的思路，或許比技術本身更值得借鑒。
量子計算的真正突破，往往誕生于理論與現實的妥協點。
Maxwell Gold et al, Heralded photonic graph states with inefficient quantum emitters, npj Quantum Information (2026). DOI: 10.1038/s41534-026-01181-7.
On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2405.13263
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