麥凱維工程學院Preston M. Green 電氣與系統工程系副教授Jung-Tsung Shen 近日利用一種新的光形式，開發出了一個確定性的、高保真的、雙比特的量子邏輯門。這種新的邏輯門比現有技術的效率要高幾個數量級。

Shen 表示：“在理想情況下，保真度可高達97%”。他的這項研究於2021 年5 月發表在《Physical Review A》上。想要進一步挖掘量子計算機的潛力，關鍵點在於非常規的疊加特性（在一個量子系統中同時包含很多不同的特性和狀態）以及糾纏（兩個粒子就像在非經典中相，儘管在物理上彼此分離）。

在經典計算機中，電壓決定了一個比特的值（1或0），而研究人員經常使用單個電子作為”量子比特”，即量子等價物。電子有幾個特點很適合這項任務：它們很容易被電場或磁場所操縱，而且它們相互之間有互動。當你需要兩個比特糾纏在一起時，相互作用是一種好處–讓量子力學的野性顯現出來。

Shen 表示：“然而，在過去的二十年裡，一些科學家一直在嘗試使用光子作為量子比特，而不是電子。如果計算機要產生真正的影響，我們需要研究用光來創建平台。光子沒有電荷，這可能導致相反的問題：它們不像電子那樣與環境相互作用，但它們也不相互作用。設計和創造特設的（有效的）光子間相互作用也一直是個挑戰。或者說，傳統的想法是這樣的”。

當一個光子進入一個邏輯門時，沒有什麼值得注意的事情發生–它進去了又出來了。但是當有兩個光子時，”這時我們預測這兩個光子可以形成一種新的狀態，即光子二聚體。事實證明，這種新狀態是至關重要的。”當兩個獨立的光子（代表兩個光學量子比特）進入邏輯門時，”邏輯門的設計使兩個光子可以形成一個光子二聚體，”Shen 說。”事實證明，新的量子光子狀態是至關重要的，因為它使輸出狀態具有正確的符號，這對光邏輯操作至關重要。”