演示設備

威特沃特斯蘭德大學(Wits)的物理學家利用激光束和日常顯示技術開發出了一種創新的計算系統，標志著在尋求更強大的量子計算解決方案方面取得了重大飛躍。

該大學結構光實驗室的研究人員取得的這一突破，通過利用光的獨特特性，為先進的量子計算提供了一種更簡單、更具成本效益的方法。這一發展有可能加速物流、金融和人工智能等領域的復雜計算。這項研究以編輯推薦的形式發表在《APL Photonics》雜志上。

Wits光學領域 Optica 新興領導者主席 Isaac Nape 博士說：“傳統計算機的工作原理就像配電盤一樣，將信息處理為簡單的 “是 ”或 “否 ”的決定。我們的方法利用激光束同時處理多種可能性，大大提高了計算能力。”

包括碩士生Mwezi Koni和Hadrian Bezuidenhout在內的研究團隊利用普通得令人吃驚的部件——激光束、類似于投影儀的數字顯示器和簡單的透鏡，構建了他們的系統。

關鍵在于將光如何與數字顯示器和透鏡等光學設備相互作用與量子計算機中量子運算所執行的數學運算聯系起來。這些運算可以簡單地分解為乘法和加法(使用向量和矩陣)，全部以光速執行。

使用光矢量矩陣乘法的量子計算模擬

一旦實現了這一點，他們就展示了Deutsch-Jozsa算法，這是一種巧妙的測試方法，可以確定計算機執行的操作是隨機的還是可預測的--量子計算機執行這種操作的速度遠遠超過任何經典計算機器。

Koni補充說：“我們的工作為模擬更復雜的量子算法鋪平了道路。這將為量子優化和量子機器學習等領域帶來令人興奮的新可能性。”

與傳統計算機相比，他們的方法可以處理更多的信息，而傳統計算機只能處理 1 和 0。

領導這項實驗的Koni說：“我們已經證明，我們的系統可以處理 16 種不同層次的信息，而不僅僅是經典計算機中使用的兩種信息。理論上，我們可以將其擴展到處理數百萬個層次，這將改變處理復雜信息的游戲規則。”

對于南非和其他新興經濟體來說，這項研發的特別意義在于它的可及性。該系統使用現成的設備，使其成為可能無法獲得更昂貴計算技術的研究實驗室的實用選擇。

Bezuidenhout說：“光是這種計算的理想介質，它的移動速度快得驚人，可以同時處理多個計算。這使它成為處理復雜問題的完美工具，而傳統計算機需要更長的時間才能解決這些問題。”

這項研究是WitsQ量子計劃的一部分，得到了南非量子計劃(SAQuTI)的支持，使南非站在了先進計算研究的前沿。該團隊目前正在努力擴展其系統的功能，這可能會在未來帶來更強大的計算解決方案。

這一發展標志著南非在使先進計算更加普及和實用方面邁出了重要一步，特別是對于那些尖端技術基礎設施可能受到成本限制的地區。

審核編輯 黃宇