湾科学家近日取得重大突破！清华大学物理系教授褚志崧（Chih-Sung Chuu）领导的团队，成功研发出全球最小的光量子计算机。这台计算机仅使用单个光子进行计算，不仅是台湾首台光量子计算机，也是全球最紧凑的一台。这项研究已发表在9月3日《应用物理评论》杂志上。
光量子计算机基于光子进行计算，具有极快的传播速度，并且可以在室温下保持稳定的量子状态。这项新研究通过将信息编码到单个光子的32个时间维度中，实现了光量子计算的全新突破。
目前世界上主流的量子计算机开发使用超导量子比特和离子阱量子比特，被认为最有希望发展为通用量子计算机。
超导量子计算机使用超导材料在接近绝对零度的极低温下工作，是目前发展最快的量子计算技术之一，已展示出在处理复杂问题方面的巨大潜力，IBM和谷歌屡创纪录的就是这种量子计算机。但它需要极其复杂的冷却系统才能维持量子比特的超导状态，这使得系统能耗极高，且冷却设备体积庞大。
离子阱量子计算机通过电磁场捕获带电的离子，利用激光脉冲来操控它们的量子状态从而进行计算，具有极高的精度，且量子比特可以长时间保持量子状态不失去信息，这为高精度计算提供了可能。但它运算速度较慢，同时也需要较低温度的环境，才能确保离子的稳定性。
光量子计算机依靠光子作为量子比特，利用光子的量子叠加和纠缠特性进行计算，优点是它不需要极端低温，且能长距离稳定传输信息。它面临的主要挑战，在于如何提高单光子处理和检测的效率，从而处理更大规模的计算任务。
光量子计算机仍在发展中，当前的计算能力相对较小，更多研究将致力于扩大光量子计算机的规模和性能。随着这些问题的逐步解决，光量子计算机有望成为推动下一代计算技术的核心力量。
台湾全球最小光量子计算机开发成功，标志着全球量子计算技术的重要一步，也为未来的量子加密通信、物流优化和科学计算带来了广阔的应用前景。
参考文献：
Implementation of Shor’s algorithm with a single photon in 32 dimensions, Hao-Cheng Weng and Chih-Sung Chuu, Phys. Rev. 3 September 2024, DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.034003
