尽管大家都知道量子电脑在运算方面拥有不容忽视的优势，但其开发复杂性仍限制了它们的实用性。最近，史丹佛大学工程师们示范一种相对简单的新颖量子电脑设计，只需几个从市面上能买到的零件，就能用比以往更简单的方法打造量子电脑。
量子电脑用来储存数据的量子位元并不像传统半导体只能记录 0 与 1，而是可以做为 0、1 或同时表示 0 与 1，如果把半导体比喻成单一乐器，量子电脑就像交响乐团，一次运算可处理多种不同状况，也就是说，量子电脑的运算能力每增加一个量子位元就呈指数级增长，从而使它们可以解决传统电脑无法解决的问题。
只不过尚处于早期研发阶段的量子电脑构建相当复杂，需在比星际空间更冷的温度下才能运行（量子效应对振动或热能很敏感），且随着处理能力增加，量子电脑设备也变得越加笨重，种种不可企及的挑战促使研究人员退一步，先行探索以光子（光粒子）替代电子的量子电脑。由于光子可以轻松地将讯息从 A 处传到 B 处，还能在室温下运行，因此这种方法颇有前景。
然而，尽管科学家已成功为光子创建专属量子逻辑闸（quantum logic gate），但构建大量逻辑闸并以合适方式连接它们以执行复杂计算，仍是一项具挑战的大工程。
现在，史丹佛大学团队设计了一种相对简单的光子电路，只需要市面上能买到的 1 条光纤电缆、1 个分光镜（beam splitter）、2 个光电开关（optical switch，也称光阀门或光学晶体管）与光学谐振腔（optical cavity），就可减少原本需数千个量子逻辑闸才能制造的量子电脑，且新设计能让量子电脑维持苗条体型，不会随着运算能力上涨而跟着扩大设备。
新的光子电路设计主要包含储存环与散射单元，前者功能类似一般电脑储存讯息的内存（RAM），可容纳多个围绕该环行进的光子，每个光子代表一个量子位元，行进方向则决定了量子位元的值是 0、1，还是同时以两种状态存在表现为 0 与 1 组合的值。
接着操纵光子从储存环到包含单原子的散射单元，光子与原子相互作用引发量子纠缠，之后光子回到储存环、然后以激光改变原子状态，由于原子和光子经历量子纠缠，因此改变原子也会影响配对光子的状态，我们只需要一个可控原子量子位，就可间接操纵其他光子量子位。
由于所有量子逻辑门都可编译成针对原子的操作，所以原则上，可以透过控制原子和光子相互作用的方式在同一设备运行许多量子程式，研究人员指出，原本光子量子电脑中的逻辑闸是光子穿过的物理结构，若想改变正在运行的程式，通常需要重新调配硬件，但新的设计思路不需耀改变硬件，只需要给机器下一组不同指令即可。
也许最好的是，光子量子电脑于室温下便能运行。新论文发表在《Optica》期刊。
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（首图来源：pixabay）
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