在嵌入筆記本電腦或智能手機的普通硅計算機芯片中，信息呈現(xiàn)為兩種狀態(tài)之一：0或1.在量子計算機中，量子位（或量子位）也可以同時存儲和中繼兩種狀態(tài)，持有指數(shù)級更多的信息。

兩個量子比特可以對四個值執(zhí)行操作，三個在八個值上執(zhí)行操作，以此類推，兩個冪 - 它們可以同時執(zhí)行此操作，而傳統(tǒng)的位必須采用一個位置。因此，量子計算機的速度可能比建立在馮·諾依曼架構(gòu)上的普通硅計算機快數(shù)十億倍 。作為類比，想象一下能夠一次讀取整個圖書館而不是一本書。

據(jù)估計，具有50個量子比特的量子計算機在解決量子采樣問題方面比現(xiàn)在最快的超級計算機更強大。量子計算機能夠解決大數(shù)據(jù)問題，這些問題涉及從大量選項中尋找最佳解決方案，這對于許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（即蛋白質(zhì)折疊，基因測序）和氣候研究以及安全性（其中一個）非常重要。量子計算機的最大賣點）。黑客可以在您不知道的情況下立即復(fù)制您的電子郵件; 然而，量子系統(tǒng)的黑客受到物理定律的約束而留下痕跡。

根據(jù)麥肯錫公司的數(shù)據(jù)，2015年，全球約有7,000名研究人員在該領(lǐng)域工作，每年花費約15億美元。但盡管該行業(yè)努力將量子計算機投入市場，但進(jìn)展相當(dāng)緩慢。

像IBM或谷歌這樣的大多數(shù)量子比特公司已經(jīng)成功實現(xiàn)了幾十個。這些機器中的大多數(shù)都在超導(dǎo)線上運行，這些線在接近絕對零度的情況下被冷卻。問題在于電子的量子比特基本上與所有事物相互作用，并且避免量子退相干（波函數(shù)和量子比特的崩潰）是非常具有挑戰(zhàn)性的。然而，在量子計算機設(shè)計的另一種方法中，原子不是通過冷卻溫度而是通過激光保持在原位。

與電子不同，光子不與環(huán)境相互作用，因此沒有短的相干時間問題。最重要的是，光子可以高精度地進(jìn)行操作，并以光速快速行進(jìn)。與此同時，光子剛剛相互穿過的事實也使得科學(xué)家們無法像使用超導(dǎo)機器那樣使用簡單的方法來實現(xiàn)量子操作。

現(xiàn)在，布里斯托大學(xué)的研究人員可能找到了一個優(yōu)雅的解決方案。他們設(shè)計了一種硅光子芯片，將光子分成不同的空間模式，沿著固定路徑引導(dǎo)光子。該芯片由許多干涉儀組成，這些干涉儀負(fù)責(zé)將光子分成不同的模式，其中每個模式通過特定的波導(dǎo)。基本上，這個干涉儀的迷宮充當(dāng)單個門。

為了展示其設(shè)備的功能，研究人員實施了98個不同的雙量子比特門，每組執(zhí)行約1,000次測量。操作在93％的時間內(nèi)成功完成，這與世界上其他類型的量子計算相當(dāng)。例如，超導(dǎo)量子計算機的完成率約為90％至95％。該團(tuán)隊甚至在光子芯片上運行了優(yōu)化算法。

值得注意的是，從單個激光光源，芯片產(chǎn)生成對的光子量子位。未來的挑戰(zhàn)將是弄清楚如何產(chǎn)生更多相同和糾纏的光子。目前使用的硬件適用于兩個量子比特，但對于數(shù)百個，您需要完全不同的配置。例如，光子檢測器放置在芯片外部。更重要的是，適合足夠的移相器和分束器以適應(yīng)數(shù)百個量子比特現(xiàn)在聽起來令人生畏，但科學(xué)家們相信他們能夠做到這一點。