科学家们刚刚将 18 个量子比特——量子计算中最基本的单位——打包到仅有的 6 个奇特连接的光子中。这达到了前所未有的每个光子 3 个量子比特，并且创造了通过量子纠缠相互连接的量子比特数量的记录。
那么，为什么这令人兴奋呢？
传统计算机中进行的所有工作，包括您正在使用阅读本文的任何设备，都依赖于使用比特进行的计算，比特在两种状态之间切换（通常称为“1”和“0”）。量子计算机使用量子比特进行计算，量子比特也类似地在两种状态之间摇摆，但其行为符合量子物理学中更奇怪的规则。与传统的比特不同，量子比特可以具有不确定的状态——既不是 1 也不是 0，而是两者皆有可能——并且变得奇怪地连接或纠缠，因此一个比特的行为会直接影响另一个比特。理论上，这允许进行各种常规计算机几乎无法完成的计算。（然而，目前量子计算仍处于非常早期的实验阶段，研究人员仍在测试可能性的范围，就像这项研究中一样。）
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加州大学伯克利分校的量子物理学家悉尼·施雷普勒表示，这项成就之所以可能实现，很可能是因为中国科学技术大学（USTC）的研究团队设法将如此多的量子比特压缩到如此少的粒子中。[关于引力的 6 个奇怪的事实]
她说：“如果目标是制造 18 个，那么各研究小组……过去会做的方式是制造 18 个纠缠的粒子，每个粒子都有一个[量子比特]。” “这将是一个缓慢的过程。”
她说，仅仅将实验中使用的六个粒子纠缠就需要“几秒钟”——这在计算机时间中已经是一个永恒，因为每次计算都必须开始新的纠缠过程。并且添加到纠缠中的每个额外的粒子加入的速度都比上一个慢，以至于一次一个地构建 18 量子比特的纠缠是完全不合理的。
（有很多量子实验涉及超过 18 个量子比特，但在这些实验中，量子比特并非都纠缠在一起。相反，系统仅为每次计算纠缠几个相邻的量子比特。）
为了将每个纠缠的六个粒子（在本例中为光子）打包三个量子比特，研究人员利用了光子的“多个自由度”，他们在 6 月 28 日发表在《物理评论快报》上的论文中报告了这一点，该论文也可在arXiv 服务器上获得。
当一个量子比特被编码到一个粒子中时，它被编码到粒子可以来回翻转的状态之一中——比如它的极化或它的量子自旋。每一个都是一个“自由度”。一个典型的量子实验只涉及所有涉及的粒子的一个自由度。但像光子这样的粒子有很多自由度。施雷普勒说，通过同时使用多个自由度进行编码——研究人员之前已经涉足过，但没有达到这种极端程度——量子系统可以将更多的信息压缩到更少的粒子中。
施雷普勒说：“这就像您在计算机中使用了 6 个比特，但是每个比特所能容纳的信息量增加了三倍，而且它们可以非常快速且高效地做到这一点。”
她说，中科大的研究人员完成这项实验的事实，并不意味着其他地方的量子计算实验将开始一次涉及更多的自由度。她说，光子对于某些类型的量子运算特别有用——最重要的是，量子网络，其中信息在多个量子计算机之间传输。但是，其他形式的量子比特（如施雷普勒研究的超导电路中的量子比特）可能不容易进行这种操作。
她说，该论文的一个悬而未决的问题是，所有纠缠的量子比特是否以相同的方式相互作用，或者在同一粒子上的量子比特相互作用或跨不同自由度的量子比特相互作用之间是否存在差异。
研究人员在论文中写道，从长远来看，这种实验设置可能会允许进行某些量子计算，直到现在，这些计算还只是在理论上讨论过，从未付诸实践。
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