作为使用光的新一代计算机而被寄予厚望的“光量子计算机”，必须拥有能够自行纠正计算错误的“GKP量子比特”基本元件。东京大学等机构组成的合作研究团队宣布，在世界上首次成功利用光制造出了GKP量子比特。
光量子计算机可在室温下运行，且有望实现小型化，由此在全球量子计算领域内产生了激烈的开发竞争。然而，此前已经在超导量子计算机等领域拥有成功案例的GKP量子比特，在光量子计算机领域却还未能成功。东京大学的合作研究团队表示，凭借本次的研究成果，向可纠错光量子计算机的实际应用迈进了一大步。
本次研究开发并运行的高性能光子探测器（供图：东京大学合作研究团队）
合作研究团队由东京大学研究生院工学系古泽明教授、Asavanant Warit助教等人以及信息通信研究机构（NICT）、理化学研究所、捷克共和国帕拉茨基大学、德国美茵茨大学的研究人员共同组成。
东京大学的古泽明教授（供图：科学技术振兴机构）
量子计算机利用光子、原子、电子等被称为量子的极小物质的性质来进行计算。传统计算机使用0或1来表示信息的最小单位为“比特”，而量子计算机使用的是“0与1的混合状态”的“量子比特”。在量子计算机的硬件方面，除了使用光量子外，还有使用超导、离子、半导体等多种方式，但这些方法在计算过程中都容易出现错误。
量子比特具有脆弱性，因此需要将许多量子比特连接起来构成“一个量子比特”。这就是“逻辑量子比特”，有若干种实现方法。GKP量子比特就是其中之一，其完成度被认为是量子计算机计算纠错的关键。
古泽教授等人正在开发的光量子计算机，使用光脉冲信号来形成量子比特。研究团队首先开发了一种使用超导的高性能光子探测器。该探测器可以通过重复相同的步骤，创造出高质量的量子比特连接状态。
研究团队进一步利用这个光子探测器，成功地从一个包含大量光粒子的脉冲中制造出了特殊的光状态（峰值）。通过这种方法，成功研发了与排列大量量子比特的状态作用相同的逻辑量子比特——GKP量子比特。
在使用超导或离子的量子计算机领域，已有涉及成功研发GKP量子比特并实现纠错功能的学术成果发表。然而，这些方法需要大量的量子比特，导致计算机大型化，并且耗电巨大。而本次的方法，通过光来生成逻辑量子比特，向研发实用级别尺寸的量子计算机又迈进了一步。
古泽教授的研究项目“容错型大规模通用光量子计算机的研发”被列为日本政府推进的“登月型研究开发制度”的目标6——“到2050年，研发出实现经济、工业和安全保障飞跃性发展的容错型通用量子计算机”中的重要研究课题。
上述研究团队迄今为止已成功开发了提升光量子计算机计算能力的方法，以及实现早先被认为困难的“乘法”等计算方法。依据本次研究成果，研究人员计划在9月左右成立一家研究成果实用化的初创企业。相关研究成果已于2024年1月19日发表在美国科学杂志《Science》上。
【相关链接】
东京大学新闻稿“生成传播光的逻辑量子比特——迈向大规模容错型量子计算的第一步”
【论文信息】
杂志：Science
论文：Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating light
作者：Shunya Konno, Warit Asavanant*, Fumiya Hanamura, Hironari Nagayoshi, Kosuke Fukui, Atsushi Sakaguchi, Ryuhoh Ide, Fumihiro China, Masahiro Yabuno, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Kan Takase, Mamoru Endo, Petr Marek, Radim Filip, Peter van Loock, Akira Furusawa* (17名)
DOI：10.1126/science.adk7560
URL：science.org/doi/10.1126/science.adk7560
日文：JST Science Portal 编辑部
中文：JST客观日本编辑部
