两个量子完全纠缠

在计算领域，我们通常认为信息存储为1和0，也称为二进制编码。然而，在我们的日常生活中，我们用十位数来表示所有可能的数字。例如，在二进制中，数字9被写成1001，需要另外三个数字来表示同一事物。

今天的量子计算机是从这种二进制范式发展而来的，但事实上，对其量子比特（qubit）进行编码的物理系统通常也有可能对量子数字（qudit）进行编码，正如最近证明的那样由因斯布鲁克大学实验物理系的Martin Ringbauer领导的团队完成。苏黎世ETH的实验物理学家Pavel Hrmo表示：“基于量子的量子计算机面临的挑战是如何有效地在高维信息载体之间创建纠缠。”

在发表于《自然通讯》杂志因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的团队现在报道，两个量子点如何以前所未有的性能相互完全纠缠，为更高效、更强大的量子计算机铺平了道路。

像量子计算机一样思考

数字9的例子表明，虽然人类能够在一个步骤中计算出9 x 9=81，但一台经典计算机（或计算器）必须采用1001 x 1001并在幕后执行许多二进制乘法步骤，然后才能在屏幕上显示81。经典地说，我们可以做到这一点，但在量子世界中，计算天生对噪声和外部干扰敏感，我们需要减少所需的操作数量，以充分利用可用的量子计算机。

在量子计算机上进行任何计算的关键是量子纠缠。纠缠是一种独特的量子特性，它支持量子在某些任务中大大优于经典计算机的潜力。然而，利用这一潜力需要产生强大而准确的高维纠缠。

量子系统的自然语言

因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的研究人员现在能够完全纠缠两个量子点，每个量子点编码多达5种钙离子状态。这为理论物理学家和实验物理学家提供了一种超越二进制信息处理的新工具，这可能会导致更快、更健壮的量子计算机。

Martin Ringbauer解释道：“量子系统有许多可用状态等待用于量子计算，而不是限制它们与量子比特一起工作。”当今许多最具挑战性的问题，在化学、物理或优化等领域，都可以从这种更自然的量子计算语言中受益。

这项研究得到了奥地利科学基金FWF、奥地利研究促进机构FFG、欧洲研究理事会ERC、欧盟和奥地利工业联合会Tyrol等机构的资助。