美陆军新研究为室温下运行量子计算机开辟新途径
美国陆军研究实验室（英语：Army Research Laboratory，简称ARL）是美国陆军的企业研究实验室。该研究室与麻省理工学院合作，最近率先证明了由光子电路和光学晶体组成的量子逻辑门的可行性。他们的研究结果发表在最近的《物理评论快报》上。
多年来，在室温下运行的固态量子技术似乎遥不可及。尽管具有光学非线性的透明晶体的应用已经成为了最有可能实现这一里程碑的可能途径，但这种系统的可行性一直是个疑问。
现在，陆军科学家正式证实了这种方法的有效性。美国陆军作战能力开发司令部陆军研究实验室与美国麻省理工学院合作，最近率先证明了由光子电路和光学晶体组成的量子逻辑门的可行性。
如果未来使用量子技术的设备需要冷却到很低的温度，那么这将使它们变得昂贵、笨重、耗电，该研究目的是开发未来的光子电路，能够在室温下操纵量子器件所需的纠缠。
量子技术为未来的计算、通信和遥感等领域提供了一系列的进步。
我们知道量子计算将信息存储在物质的量子状态中，使用其量子特性（叠加和纠缠）来实现量子操作， 在量子计算中，量子位表示一个量子信息单元，与经典位相同 。 经典位保存单个二进制值（如 0 或 1），而量子位的状态则可以是 0 和 1 的同时叠加。在解决世界复杂问题上，使用当前计算机寻找一个解决方案将会耗费数十亿年，但量子计算机可以在几天、几小时甚至几分钟就完成。
不幸的是，量子系统的一个主要缺点是量子系统的奇异态的脆弱性。大多数量子计算机都只能在绝对零度附近才能工作。一旦将量子计算机与传统的电子电路相接，就会立即过热，因此这需要专门的制冷设备。
为了解决这个问题，研究人员已经做出各种努力，但目前还没有找到确切的解决方案。目前，结合非线性光学晶体的光子电路是目前在室温下实现固态系统量子计算的唯一可行途径。
光子电路有点像电路，只是它们操纵光而不是电信号。例如，该研究证明可以在透明材料中制造通道，让光子向下穿行，有点像沿着导线传播的电信号。
与使用离子或原子来存储信息的量子系统不同，使用光子的量子系统可以绕过低温限制。但是，光子仍然必须与其他光子交互才能进行逻辑运算。这就是非线性光学晶体的作用所在。
研究人员可以在晶体中设计空腔，暂时将光子捕获在其中。通过这种方法，量子系统可以建立一个量子位保持两种不同状态：一个带光子的腔（打开状态）和一个不带光子的腔（关闭状态）。然后，这些量子位然后可以形成量子逻辑门，从而为奇特状态创建框架。
换句话说，研究人员可以使用光子是否在晶体腔中的不确定状态来表示量子位。逻辑门共同作用于两个量子位，并且可以在它们之间产生“量子纠缠”。这种纠缠是在量子计算机中自动生成的，是量子方法在传感中的应用所必需的。
但是，直到现在，科学家们还是基于完全基于推测的想法，使用非线性光学晶体来制造量子逻辑门。尽管它显示出巨大的希望，但仍然怀疑这种方法是否可能导致实际的逻辑门。
直到该研究小组提出了一种使用已建立的光子电路组件通过这种方法实现量子逻辑门的方法之前，非线性光学晶体的应用一直受到人们的质疑。
研究人员说：“问题是，如果一个光子在一个通道中传播，那么该光子就会有一个具有一定形状的’波包’。” “对于量子门，需要光子波包在门操作后保持不变。由于非线性会使波包变形，所以问题是是否可以将波包加载到腔中，让它们通过非线性相互作用，然后再次发射光子，以使它们具有与开始时相同的波包。”
一旦他们设计了量子逻辑门，研究人员就对门操作进行大量计算机模拟，以证明它在理论上可以正常运行。研究人员说，用这种方法实际构建量子逻辑门首先需要显著提高某些光子器件的质量。
研究人员说：“根据过去十年来取得的进展，我们预计大约需要十年时间才能实现必要的改进，然而，在不失真的情况下加载和发射波包的过程中，以目前的实验技术，我们应该能够实现，所以这也是我们下一步要进行的实验。“
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