1月17日，由东京大学研究生院工学系研究科武田俊太郎副教授和吉田昂永硕士生（研究当时）等人组成的研究团队，与日本电信电话株式会社（NTT）和日本国立研究开发法人情报通信研究机构（NICT）共同宣布，实现了全球首个可利用强量子性光脉冲进行计算的通用型光量子计算平台。
图1：独自的光量子计算机方案（供图：东京大学）
图2：本次新开发的光量子计算平台（供图：东京大学）
通过引入过去无法处理的强量子性光脉冲，研究团队开辟了超越现代计算机的高速计算之路，此外，通过结合具有优异扩展性的独特光路设计，研究团队计划进一步扩大系统规模，使其能够利用大量光脉冲进行计算。未来，通过该技术有望实现超越超级计算机的容错型全能量子计算机。
一般的量子计算机在计算中使用0和1的叠加态——即量子比特作为信息单位进行计算。而以连续值（实数值）的叠加作为信息单位做法则被成为连续量（Continuous Variables, CV）。由于光波的振幅和相位可以取连续值，因此可以利用这些连续值进行计算处理。本次研究团队采用的正是这种方法。
近年来，以基于光的连续变量方式开发通用计算为目标的光量子计算平台的研究和开发取得了进展。然而，迄今为止实现的所有平台都是仅限于线性运算，功能不完整，无法在计算速度上超越现有计算机。
在连续量量子计算机中，计算过程是通过输入1个或2个连续值，并按照一定规则转换成其他连续值的基本运算，再将这些基本运算组合进行计算。其中，当输出值与输入值呈常数倍、加法或减法关系时，属于线性运算，而涉及输入值相乘等操作的计算则属于非线性运算。
若能结合线性运算与非线性运算，即可实现通用型量子计算机。本次研究团队全球首次在光量子计算平台中引入可执行非线性运算的强量子性光脉冲，突破了仅限于线性运算的局限。
武田副教授团队于2017年提出的一种新计算方式指出，将承载量子比特信息的光脉冲按时间顺序排列，并使其在环形光回路中循环，通过单个处理器重复执行运算，能够在紧凑的光回路中实现大规模计算。
本次研究将该处理器与强量子性光脉冲的发生源相结合，成功构建了光量子计算平台。为了实现这一目标，团队需要一个能够产生适用于光通信波长（1545nm）的强量子性光脉冲源，研究人员通过结合NTT开发的光学参量放大器与NICT开发的超导光子检测器，成功事先了这种光脉冲。
此外，研究团队在这种处理器上还反复注入另一台光学参量放大器产生的辅助光脉冲（压缩光），并通过实验验证了可在同一强量子性光脉冲上执行多步线性运算的能力。
研究团队期待，未来利用该平台作为测试平台，能大幅推动非线性运算的实现、量子误差校正的评估，以及优化、机器学习等量子应用的探索。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：PRX Quantum
论文：Sequential and Programmable Squeezing Gates for Optical Non-Gaussian Input States
DOI：10.1103/PRXQuantum.6.010311
