在計算機領域，信息通常被認為是由1和0的二進制系統表示。然而，在我們的日常生活中，我們使用由10位數字組成的十進制系統來表示數字。例如，數字9在二進制中被表示為1001，需要四個數字，而不是十進制系統中的一個數字。

真空室

今天的量子計算機是從二進制系統中產生的，但編碼其量子比特（qubits）的物理系統也有能力編碼量子數字（qudits）。這一點最近由因斯布魯克大學實驗物理系的馬丁-林鮑爾領導的團隊所證明。據蘇黎世聯邦理工學院的實驗物理學家Pavel Hrmo稱：”基於量子比特的量子計算機所面臨的挑戰是在高維信息載體之間有效地創建糾纏。”

在2023年4月19日發表在《自然通訊》雜誌上的一項研究中，因斯布魯克大學的團隊現在報告，兩個量子比特如何能夠以前所未有的性能相互完全糾纏，為更高效和強大的量子計算機鋪平道路。

像量子計算機一樣思考

數字9的例子表明，雖然人類能夠一步到位地計算出9×9=81，但經典計算機（或計算器）必須算1001×1001，在幕後進行許多步的二進制乘法，才能在屏幕上顯示81。在經典的情況下，我們可以承受這樣做，但在量子世界中，計算對噪聲和外部干擾本質上是敏感的，我們需要減少所需的操作數量，以充分利用現有的量子計算機。

對於量子計算機上的任何計算來說，至關重要的是量子糾纏。糾纏是獨特的量子特徵之一，它支撐著量子在某些任務中大大超過經典計算機的潛力。然而，利用這種潛力需要產生穩健和準確的高維糾纏。

量子系統的自然語言

因斯布魯克大學的研究人員現在能夠完全糾纏兩個量子，每個量子都被編碼在單個鈣離子的多達5個狀態中。這給理論和實驗物理學家提供了一個新的工具來超越二進制信息處理，這可能導致更快和更強大的量子計算機。

馬丁-林鮑爾解釋說：”量子系統有許多可用的狀態，等待著被用於量子計算，而不是限制他們與量子比特一起工作。當今許多最具挑戰性的問題，在化學、物理學或優化等不同領域，都可以從量子計算這種更自然的語言中受益。”