激光技术新突破，或彻底改变量子计算格局

量子计算的理念已存在相当长时间，其目标是打造能即时解决密集型计算问题的超级计算机。当前，量子计算面临的一大难题是如何将所有组件置于稳定环境中，并在扩大规模时不破坏这种稳定性。

问题的核心在于量子比特的扩展方式——量子比特对量子计算机中信息和数据的处理至关重要。然而，一项新研究通过提供全新的有效扩展量子比特视角，有望彻底改变应对该难题的思路。

尽管业界在前沿量子计算和算法领域取得了令人鼓舞的进展，但量子计算的整体可扩展性仍然有限，要制造出能解决人类最复杂难题的真正实体量子计算机，似乎仍有漫漫长路。

事实上已有研究指出，或许需要具备数百万量子比特的量子计算机才可能实现早期商业化应用。一些学者认为，表面编码技术或许是解决之道。但要完全理解该技术的运作原理，仍需对现有挑战进行更深入的剖析。

问题根源在于量子比特
正如比特是经典计算机中最基本的信息单位，量子比特也是量子计算的基础单元。它代表量子位，迄今为止研究人员在将其扩展到足以使量子计算更可靠、更高效的规模方面，始终面临巨大困难。

在扩展量子计算机所需的量子比特数量时，核心难题是每个物理量子比特都极其脆弱且易受噪声干扰。这意味着每个量子比特都容易出错，而当更多物理量子比特聚集在同一区域时，量子操作周围产生的噪声也会加剧。因此量子信息将更快地衰退。有研究推测，衰退过程甚至可能在微秒级时间内发生。

为克服这些噪声问题，科学家提出了量子纠错方案。这种方案，本质上是通过引入“逻辑量子比特”的新组件来过滤噪声，从而保持量子比特及其信息处理过程的可控性。然而，研究者在如何同时扩展物理量子比特与逻辑量子比特数量，并将错误率控制在阈值以下方面，取得的成效仍较为有限。

探索全新路径
近期，美国哥伦比亚大学的一项新研究中，研究人员展示了他们如何通过表面编码技术创造出迄今规模最大的量子阵列。该技术结合强激光与光镊捕获单个原子，实现了对单原子和分子前所未有的操控水平。

此外，这项研究的成功直接源于一种被称为“超表面”的光镊阵列创新制备方法。这些阵列并非由传统意义上的物理镊子构成，实际上是由高度聚焦的光束组成，其强度足以捕获原子等微观粒子。

与传统扩展量子比特的方法不同，该超表面技术利用“纳米级像素”构成的二维阵列，将单一光束重塑为覆盖整个表面的均匀且独特的图案。研究团队运用此方法成功捕获了1000个锶原子（这些原子天然具备量子比特功能），并表示该方法可扩展至捕获更多的原子。关键在于，这种扩展方法能实现全域原子的完全一致性，从而使其更稳定。研究人员称他们的下一个目标是捕获十万个原子。

此类创新方法或将极大推动其他量子研究进展。近期，科学家已成功利用量子超级计算机实现“隐形传态”——尽管这一突破本身令人振奋，但其本质仍局限于两台计算机间的数据传输，尚未达到《星际迷航》粉丝所期待的“传送人”那种奇幻场景。然而，随着量子系统可扩展性的不断提升，科学家未来可能实现的突破将超乎想象。

量子计算与工业界的联系
激光技术与量子计算之间，存在着深刻而多维的联系。作为现代光学和量子物理的核心工具，激光为量子计算的实现提供了关键的技术路径和操控手段。

去年11月，通快发布新闻稿称联合弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）以及柏林自由大学物理系达勒姆复杂量子系统中心，正借助量子算法开展激光物理基础研究。该项目的长期目标是通过量子计算机在未来大幅加速新型激光器的研发进程。

该项目的长期目标，是探索利用量子计算机来大幅加速新型激光器的研发进程。其核心思路，是希望用量子计算机更高效地模拟激光器内部复杂的量子力学过程，从而实现对激光物理更精确的理解，最终达到提升产品效率和性能的目的。

研究团队将重点集中在两种对工业至关重要的激光器上。半导体激光器，是大多数工业激光应用（如材料加工）的核心光源，无论是作为泵浦源还是直接应用。CO2激光器，目前主要应用于能耗密集的芯片制造领域。优化其设计，是推动该产业向更可持续发展的重要一步。

当前的现实情况是，虽然量子计算机的首批原型机已经问世，但其算力尚不足以处理复杂的工业模拟任务，在工业领域的广泛应用仍需时日。因此，该项目的一个重要意义在于从现在开始积累专业知识，为未来的技术应用做好准备。

编辑手记
在这个科技大交叉的时代，我们正见证的是一场前沿领域的双向奔赴。量子计算与激光技术，这两个看似独立的尖端方向，正以互为工具、互为目标的方式。前沿领域正双向赋能。

激光，成为操控微观世界的“镊子”，光镊阵列技术为大规模制造稳定、均匀的量子比特开辟了新路。而量子计算则反哺工业，被尝试用于模拟和优化激光器核心的量子过程。这种双螺旋式的共舞，正推动两者共同走向实用与突破。