荷蘭物理學家研發超導光檢測器 可精確識別多個光子

荷蘭物理學家據報研發出一款超導光檢測器，能夠同時分辨一個、兩個甚至三個或更多光子，從而提高量子計算機的準確性。這款檢測器由荷蘭萊頓大學的博士後研究員 Erik Baalbergen 建造，不僅能夠識別光的存在，還能計算撞擊其表面的光子數量。Baalbergen 表示，這一發現可能改善量子計算的準確性並支持未來光學量子計算機的發展。這項研究是他博士項目的一部分，他於 11 月 3 日成功進行了答辯。

「我一直對光的實驗最感興趣，」Baalbergen 說。「這個項目將光學、電子學和固態物理學結合在一起，正是這一交集讓我感到無比興奮。」

超導納米線檢測器的技術原理

光子計數方面的研究表明，光學量子計算機依賴光子作為量子比特來處理資訊和進行計算。然而，大多數檢測器能夠探測到光，但在計算單個光子的數量時卻存在困難。為瞭解決這一限制，Baalbergen 和他的團隊研究了超導納米線檢測器。這些設備包含超薄的導線，在極低的溫度下無電阻。因此，一旦光子撞擊其中一根導線，就會改變導線的電氣狀態並產生可測量的信號。研究人員還改善了檢測器與其讀取電子設備之間的連接，減少信號損失並更容易從測量中提取資訊。

在萊頓物理學院的鐳射實驗室中，Ilse Kuijf 和 Erik Baalbergen 共同參與了這一項目。Baalbergen 解釋道：「我們開發出一種技術，能夠區分一個、兩個和三個（或更多）光子（光的單個粒子）。」根據這位物理學家的說法，新方法還顯示出每個光子計數的準確性。「這看似小小的進步，實際上卻是相當重要的根本性進展，」他指出。「誠然，我們的檢測器仍需進一步開發，但依據我們現在所走的路徑，我們將能夠實現。」

光學量子計算機的潛在應用

該項目還涉及理論物理的博士生 Ilse Kuijf 和碩士生 Lars Seldenthuis。科學家們不僅分析了信號的幅度，還研究了每個信號隨時間的變化。這使得精確計數光子變得更容易，而無需復雜的電子設備。年輕的科學家們相信，這項技術能夠支持更強大的光學量子計算機，處理傳統計算機仍然難以解決的計算問題。其他潛在應用包括研究化學反應以及開發新分子和材料。

Baalbergen 提到，光學量子計算機具有優勢，因為其大多數組件在室溫下運行。「因此，我們不需要大型冷卻系統將溫度降低到接近絕對零度，」他表示。「這樣可以節省大量金錢和時間。」儘管如此，超導納米線檢測器仍然需要極低的溫度。Baalbergen 還與荷蘭公司 QuiX Quantum 合作，該公司在 2026 年夏季推出了其首個工作光學量子計算機原型。他預計，類似的光子計數檢測器將用於該公司的未來系統中。

「有了這款檢測器，量子計算機將能夠以更高的準確度進行計算，」Baalbergen 在新聞發佈中總結道。

新技術對量子計算的影響

這款超導光檢測器的研發，標誌著量子計算領域的一個重要進展。隨著量子計算機越來越受到重視，能夠精確識別多個光子將大幅提升其運算能力和準確性。光學量子計算機的優勢在於其組件能在室溫下運行，這不僅降低了運行成本，還使其在技術實現上更具可行性。此外，這項技術的應用範圍廣泛，從基礎科學研究到實際應用都有潛力，預示著未來在計算能力上的重大突破。