NTT、东京大学和RIKEN利用光通信测量世界上最快43GHz实时量子信号！

近日，NTT、东京大学和RIKEN（理化学研究所）在新闻发布会上宣布，他们联合开发了一项新技术，将最先进的商业光通信技术应用于光量子领域。光通信技术以第五代移动通信系统（5G）为代表，为光量子计算机的实现铺平了道路，光量子计算机充分利用了光通信技术的高速和宽带特性，使用光通信探测器测量世界上最快的43GHz实时量子信号。

光量子计算机使用光子的行波作为量子比特，这项成果将带来范式转变，彻底改变量子计算机传统的开发方法。未来，该小组的目标是实现100 GHz频段频率和100多核并行的超高速大型超级量子计算机。他们的研究发表在《应用物理快报》上。

创建量子计算机的方法有很多。其中，基于时域复用技术的测量诱导光量子计算机可以实现更大的规模和更快的速度，这引起了人们的广泛关注。不同于超导量子计算机中的驻波量子比特，这种方法使用的是行波量子比特（飞行量子比特），量子光源连续发射的一部分光波，将其排列在时间轴上，可以扩大量子比特的数量，从而在不增加设备尺寸或元素集成的情况下，实现更大的规模。

此外，它们与光通信技术配合良好，可以利用开发的高可靠性和高性能的光通信技术。此外，通过利用5G和其他高速光通信技术，有望实现高时钟频率的量子计算。

然而，并非所有在经典力学领域开发的高速光通信设备都可以直接用于光量子计算机。NTT设备技术实验室研究员Asuka Inoue在新闻发布会上介绍说：“例如，不可能使用100 GHz以上的的光通信高速探测器来测量光量子态，这是因为高速光通信探测器有很高的光损耗，这种损耗会导致光量子态坍缩。”

传统测量必须使用专门设计的具有低光损耗的低速探测器，这限制了测量诱导量子操作的频率。研究小组开发了一种光参量放大器，在保留光量子信息的同时放大光信息，还开发了一种新方法，将以前无法应用的超高速光通信技术应用于光量子领域，这为充分利用光通信技术高速和宽带特性以实现超级量子计算机铺平了道路。

在实验中，研究人员使用了直接接周期性极化铌酸锂（PPLN）波导，这种波导具有高放大系数（约3000倍）和小信噪比（约20%），NTT已经研究和开发它们很多年了。利用43GHz的光通信探测器和实时示波器，他们测量了压缩光（压缩了量子噪声的光）的振幅，发现量子噪声压缩率约为65%。超过了光量子计算操作所需的最小量子噪声压缩率（60%），这意味着可以实现更快的量子操作，其时钟频率比传统技术高1000倍。

东京大学工程学院的Akira Furusawa教授（RIKEN 量子计算中心 (RQC) 副主任）说：“这种方法需要高效快速的测量振幅。通过使用光参量放大器将光信号放大，就可以同时实现高速和高效率，而如果用传统方法实现高效率，就会降低速度。该研究小组致力于这项技术的实际应用，它已经建立了实现43GHz时钟光量子计算机的基础技术，通过将其与光通信中的波长复用相结合，可以实现100GHz的超级量子计算机。

编译：卉可

编辑：慕一

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