【产通社，1月29日讯】经过数十年的努力，研究人员或许终于接近了实现强大量子计算机的实用路径。这些机器被期望能高效地处理某些计算，使得传统计算机需要数千年才能完成的任务，只需几个小时。

由斯坦福大学（Stanford University）物理学家领导的研究团队创造了一种新型光学腔体，旨在捕捉单个原子发射的最小光子单元。这些原子存储量子比特，量子比特是量子计算机中基本的信息单位。该系统首次允许同时从所有量子比特读取信息，而非逐个读取。

捕捉单个原子的光

在发表在《自然》期刊上的一项研究中，研究人员描述了一个由40个光学腔体组成的工作阵列，每个腔体容纳一个原子量子比特，以及一个包含500多个腔体的大型原型。结果表明构建多达一百万量子比特的量子网络是一条现实可行的路径。

“如果我们想制造量子计算机，就必须能够非常快速地从量子中读取信息，”该研究的首席作者、斯坦福大学人文与科学学院物理与应用物理副教授乔恩·西蒙说。“直到现在，还没有大规模实现这一目标的实用方法，因为原子发射光的速度不够快，而且它们还会向各个方向喷射光线。光学腔体可以高效地引导发射光朝特定方向移动，现在我们找到了一种方法，可以在量子计算机中为每个原子配备在其独立的腔体内。”

为什么量子比特如此强大

传统计算机处理信息时，比特要么是零，要么是一。量子计算机则不同，使用量子比特可以同时存在于零、一或两个状态。这种独特的行为使量子系统能够同时评估多种可能的解。

“经典计算机必须逐一推测各种可能性，寻找正确答案，”西蒙说。“但量子计算机就像降噪耳机，比较答案组合，放大正确的答案，抑制错误的。”

迈向量子超级计算机的扩展

专家认为，量子计算机需要数百万个量子比特才能超越当今最强大的超级计算机。实现这一规模可能需要将许多小型量子计算机连接到更大的网络中。本研究展示的腔体系统提供了一种高效的并行读取量子比特的方法，这对于构建如此规模的系统至关重要。

除了论文中描述的40腔体配置外，团队已经测试了一个拥有500多个腔的概念验证阵列，并正朝着数万个腔体的系统迈进。他们的长期愿景包括通过基于腔体的网络接口将单个机器相互连接的量子数据中心。

超越计算的广泛影响

仍面临重大工程挑战，但研究人员认为其潜在影响巨大。规模化量子计算机有望加速材料科学和化学合成的进展，包括与药物发现相关的应用，并显著提升破译能力。

高效收集单粒子层面光的能力，也可能惠及计算机以外的领域。应用可能包括先进生物感测、改进的显微镜，甚至天文学。量子网络未来可能使光学望远镜达到足够高的分辨率，直接观测绕太阳系外恒星运行的行星。随着对如何在单粒子层面控光的理解加深，团队认为这将改变我们看世界的能力。

剪报来源：
https://scitechdaily.com/stanfords-light-breakthrough-could-finally-make-quantum-computers-scale/
论文链接
DOI：10.1038/s41586-025-10035-9