量子计算机有朝一日应该能够以很高的速度解决经典计算机无法处理的问题。然而，在有实际可使用的量子计算机之前，它们必须具有大量并且错误率更低的量子比特。由德国斯图加特大学Stefanie Barz教授领导的一个研究小组现在正在以此目的开发一种光子量子处理器，它可以实现几个量子比特的量子算法，并且在未来应该能够快速扩展到具有实际用处的量子比特数量。

现在已有多种方法可以研究新的、可扩展的量子处理器，如原子、离子阱、超导体、半导体或纠缠光子。在由德国联邦教育和研究部(BMBF)资助的一个有大约1600万欧元经费名为PhotonQ的项目中，来自斯图加特大学、维尔茨堡大学、美因茨大学和乌尔姆大学等组织的研究人员希望为光子量子计算机开发处理器。这种量子处理器的核心是集成光子芯片。

基于测量的量子处理器的关键是要有高度纠缠的量子态。纠缠意味着对一个粒子的测量可以改变另一个粒子的状态，而不管距离有多远。为了进行通用量子计算，适应于相应计算问题的(自适应)测量在最大纠缠态上进行。

斯图加特大学功能物质和量子技术研究所的项目协调员Stefanie Barz教授解释说：“这里的挑战在于，在光子系统中以高效率和高质量的生产和处理这种状态。集成光学元件和电路的发展起着核心作用。特别是，系统中的光损耗必须保持尽可能低。同时，光子的产生和检测必须高效。这需要在所有子系统中开发新的或具有显着改进的组件。”因此，确定性光子源、可扩展的硅光子电路、改进的连接技术和新颖的单光子探测器将在PhotonQ项目中实现。

 量子处理器的完整系统正在斯图加特大学建造。它旨在演示具有八个量子比特的量子计算，并证明基于测量的光子功能原理的基本适用性。在为期四年的项目期间(2022年至 2025年)将开发四代处理器，它的复杂性将持续增加。项目合作伙伴将开发一种特殊的硬件模块或概念，用于在软件或理论方面去优化和表征这种处理器。

PhotonQ是斯图加特大学主的第二个项目，它是德国联邦教育和研究部的“量子处理器和量子计算机技术”计划的一部分，并因此获得了资助。这两个项目都强调了斯图加特大学在量子技术领域的研究实力。(编译:Qtech)