100光子的分辨率与无偏随机数的量子生成

核物理和量子信息学家已经介绍了光子解析系统的使用方法,该系统可以精确解析100多个光子。这一壮举是量子计算开发工作能力向前迈出的重要一步。它还可能实现真正随机的量子生成，这是为军事通信和金融交易等应用开发牢不可破的加密技术的长期目标。该探测器最近在Nature Photonics上报道。

美国能源部托马斯杰斐逊国家加速器设施的两位工程师设计了光子探测系统的关键部分，使物理学家更接近完全可操作的基于光子学的量子计算 - 即完全由光构建的量子计算机。这些工程师是由杰斐逊实验室领导的联邦学术研究人员跨学科团队的一部分，他们致力于推进核物理中的量子计算这项处于早期发展阶段的技术。

有许多不同的方法可以尝试制造功能齐全的量子计算机。对于基于光子学的计算，光粒子或光子的量子检测至关重要。目前，单个探测器可以分辨多达10个光子，但对于许多量子态生成方法来说，这个数字太小了。目前还没有人证明探测到超过16个光子，但模拟表明，量子计算将需要探测大量的光子——50个或更多。

弗吉尼亚大学量子计算和量子光学研究团队成员兼研究生助理Amr Hossameldin解释说，跨越50光子的阈值意味着能够实现一个“立方门”——为通用量子计算建立一个完整的门集的里程碑。

新的检测系统还有另一个非常有价值的次要好处：量子生成真正的随机数 - 在军事通信和金融交易等领域对牢不可破的密码或加密有利。

由经典计算机算法生成的所谓随机数并不是真正的随机数。它们生成的算法可以通过玩数字游戏来破坏 - 寻找哪些数字比其他数字更频繁地弹出。使用量子物理学进行真正的随机数生成没有这样的缺陷或偏差。这是一个非常有趣的想法，因为它不需要任何特殊的技术，只需要一个简单的算法就可以实现。

（编辑：银川站长网）

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