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专访：诺奖得主Alain Aspect谈量子的挑战与未来

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发布时间：2023-05-25
 
近期，诺贝尔物理学奖获得者Alain Aspect在接受电子工程专辑(EE Times Europe)采访时说：“诺贝尔奖是由于显示了纠缠的非凡特性而获得的，但我还研究了许多其他惊人的量子现象，包括将原子冷却到一光子反冲力以下。”
 

2022年12月10日，物理学奖获得者Alain Aspect在颁奖仪式后展示他的诺贝尔奖奖牌
 
Alain Aspect是一位法国物理学家，因其在量子力学领域的开创性工作，特别是对纠缠粒子特性的开创性研究，于2022年获得诺贝尔物理学奖。
 
Aspect的研究照亮了量子物理学最“奇怪”的特征。他在1982年用纠缠光子做的贝尔不等式实验，帮助解决了1935年爱因斯坦-布尔的争论。他和他以前的博士生、法国物理学家Philippe Grangier，随后证明了单一光子的波粒二象性。在与1997年分享诺贝尔物理学奖的法国物理学家Claude Cohen-Tannoudji（1985-1992）开发了激光冷却原子后，他转向了原子光学：他的小组用原子而不是光子重新审视了量子光学的里程碑，并创造了无序材料量子模拟器。
 
在他的职业生涯中，Aspect进行了许多实验、揭示了量子世界的奥秘。他最重要的贡献之一是关于量子纠缠的工作：通过这种方式，两个粒子可以联系在一起，人们无法谈论每个粒子的状态，只能谈论这对粒子的全局状态。他对纠缠光子的研究为量子物理学的最新进展和量子计算的产生奠定了基础。
 
Aspect在接受采访时说：“诺贝尔奖是由于显示了纠缠的非凡特性而获得的，但我还研究了许多其他惊人的量子现象：包括将原子冷却到一光子反冲力(one-photon recoil)以下。”
 
Aspect对冷原子的研究是一个创新的方法，它可以冷却原子、用激光固定和操纵它们。这种方法对于实现中性原子量子计算是最重要的，他的研究还促使Grangier开发了用于单原子的光学镊子。
 
“我认为光子对于生产随机数生成器原子和其他涉及几个量子比特的处理非常好，”Aspect说。“Pasqal（欧洲中性原子量子计算公司）中使用的Antoine Browaeys的中性原子方案的主要优势是可以实现三维结构，这意味着可以很容易地实现扩展。”
 
Aspect教授的研究通过违反贝尔不等式清楚地证明了两个不同光子之间的纠缠。纠缠物体的每个组成部分都与其他部分紧密相连（即使它们被阻止相互作用的距离分开）。纠缠是量子物体的一个基本特征，第二次量子革命也是由这一想法推动的。
 
Aspect说：“自80年代以来我们已经证明，当想有一个真正根本的量子现象时，需要能够解决单一的量子对象，而不是一个只能集体控制的对象的集合体。”
 
量子计算旨在克服经典计算的限制，并带来前所未有的处理能力，以解决以前无法解决的现实世界问题。根据Aspect的说法，目前量子计算有两个主要挑战：第一个是退相干，主要与原子的屏蔽和冷却有关；另一个挑战是可以随意将任何站点与任何其他站点纠缠在一起。
 
然而，他认为，解决这些问题没有根本的不可能；这只是一个工程和好主意的问题。
 
“量子计算技术将稳步提高，”Aspect说：“这就像你在许多工业应用中可以找到的学习曲线一样。”
 
“让我们以激光为例，”他说：“拥有对大多数应用来说足够好的激光器花了几十年时间。我毫不怀疑，当需求来了，当没有任何基本的物理定律告诉我们这是不可能的，这就是一个工程问题。如果你有一个市场、如果你能投资资金，它应该迟早会成功；只是不一定是设想的那样。即使在那个阶段，人们也需要灵活性。”
 
Aspect也是Pasqal的联合创始人，他认为，我们在不远的将来应该有量子模拟的相关应用。第一个是与优化问题有关，如电网的平衡；这个问题正变得越来越重要，因为我们将需要在任何时候平衡电动汽车充电站所吸收的电力和网络需求。它类似于旅行推销员问题，其复杂性随着节点数量的增加而呈指数级增长。
 

Pasqal是光学研究所的衍生产品，由Georges-Olivier Reymond、Christophe Jurczak、Aspect、Antoine Browaeys和Thierry Lahaye于2019年共同创立。
 
量子处理器可以建立在各种平台上，包括捕获离子、超导电路、量子点和中性原子。法国初创公司Pasqal正在研究其中性原子量子计算平台，以便在2024年之前提供1000量子比特的量子计算机。
 
Pasqal使用单个激光器，然后将其分成若干激光束。这意味着这个解决方案具有高度的可扩展性，因为它可以控制数百个量子比特。量子操作的质量与激光束的质量直接相关，例如，在频率稳定方面。他们正在使用最好的激光器来实施一些稳定技术，以保证量子操作的这种高效率。
 
另一个重要的应用是量子密码学。正如Aspect所指出的，“量子密码学的问题是我们需要量子中继器，因为超过几十公里，信号就会变弱；为了拥有好的量子中继器，我们需要好的量子存储器。再次，我认为没有任何物理学的基本定律说不可能开发出好的量子存储器，所以我们迟早会有一些。”
 
量子物理学提供了一种具有量子密钥分发的信息理论上的安全方法，允许两个远程方安全地生成秘密材料。
 
当思考到量子计算的未来，Aspect说，我们不仅需要优秀的物理学家和工程师，也需要优秀的计算机科学家。量子物理学很困难，大多在大学或公共研究中心研究。另一方面，如果工业界想进入这个游戏，我们也必须培养相应的专家。
 
量子计算技术在过去五年中取得了进展，预计在未来五年中会取得更大的进展。量子将主要是增强现有的计算机、很少会取代它们。新的量子技术将迅速发展，新的应用也将被创造出来。几年后，随着技术部署的加强，由经典和量子计算机组成的混合系统将出现。化学模拟可能是量子计算机具有最大影响的应用：这包括医学发现和电池技术进步等应用。
 
工业界和学术界在量子计算方面的伙伴关系，将促进从简化采用先进的量子编程到在量子机器上执行的过渡。
 
这让研究人员和教育工作者对未来的容错量子计算机的量子应用设计有了关键的见解。未来的合作将为研究人员和教育工作者提供必要的工具和资源，以加快他们的量子计算研究和教育计划。
 
“几乎在我的一生中，我都在做基础研究，”Aspect说：“现在，接近我生命的终点，我必须承认，如果这些基础研究有了应用，那是可能发生在我身上最好的事情。这将是对我生命的一个很好的额外回报。”
 
原文链接：
https://www.eetimes.eu/physics-nobel-prize-winner-alain-aspect-talks-quantum-computing/

 

 

 

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