1月17日，由東京大學研究生院工學系研究科武田俊太郎副教授和吉田昂永碩士生（研究當時）等人組成的研究團隊，與日本電信電話術株式會社（NTT）和日本國立研究開發法人情報通信研究機構（NICT）共同宣佈，實現了全球首個可利用強量子性光脈衝進行計算的通用型光量子計算平台。
圖1：獨自的光量子計算機方案（供圖：東京大學）
圖2：本次新開發的光量子計算平台（供圖：東京大學）
通過引入過去無法處理的強量子性光脈衝，研究團隊開闢了超越現代計算機的高速計算之路，此外，通過結合具有優異擴展性的獨特光路設計，研究團隊計劃進一步擴大系統規模，使其能夠利用大量光脈衝進行計算。未來，通過該技術有望實現超越超級計算機的故障容許度型全能量子計算機。
一般的量子計算機在計算中使用0和1的疊加態——即量子位元作為資訊單位進行計算。而以連續值（實數值）的疊加作為資訊單位做法則被成為連續量（Continuous Variables, CV）。由於光波的振幅和相可以取連續值，因此可以利用這些連續值進行計算處理。本次研究團隊採用的正是這種方法。
近年來，以基於光的連續變項方式開發通用計算為目標的光量子計算平台的研究和開發取得了進展。然而，迄今為止實現的所有平台都是僅限於線性運算，功能不完整，無法在計算速度上超越現有計算機。
在連續量量子計算機中，計算過程是通過輸入1個或2個連續值，並按照一定規則轉換成其他連續值的基本運算，再將這些基本運算組合進行計算。其中，當輸出值與輸入值呈常數倍、加法或減法關係時，屬於線性運算，而涉及輸入值相乘等操作的計算則屬於非線性運算。
若能結合線性運算與非線性運算，即可實現通用型量子計算機。本次研究團隊全球首次在光量子計算平台中引入可執行非線性運算的強量子性光脈衝，突破了僅限於線性運算的侷限。
武田副教授團隊於2017年提出的一種新計算方式指出，將承載量子位元資訊的光脈衝按時間順序排列，並使其在環形光迴路中循環，通過單個處理器重複執行運算，能夠在緊湊的光迴路中實現大規模計算。
本次研究將該處理器與強量子性光脈衝的發生源相結合，成功構建了光量子計算平台。為了實現這一目標，團隊需要一個能夠產生適用於光通信波長（1545nm）的強量子性光脈衝源，研究人員通過結合NTT開發的光學參量放大器與NICT開發的超導光量子偵檢器，成功事先了這種光脈衝。
此外，研究團隊在這種處理器上還反復注入另一臺光學參量放大器產生的輔助光脈衝（壓縮光），並通過實驗驗證了可在同一強量子性光脈衝上執行多步線性運算的能力。
研究團隊期待，未來利用該平台作為測試平台，能大幅推動非線性運算的實現、量子誤差校準的評估，以及優化、機器學習等量子應用的探索。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：PRX Quantum
論文：Sequential and Programmable Squeezing Gates for Optical Non-Gaussian Input States
DOI：10.1103/PRXQuantum.6.010311
