到2030年，量子计算市场预计将达到650亿美元，这是一个让投资者和科学家等都进行热门讨论的话题，因为它具有解决难以理解的复杂问题的潜力。

药物发现就是一个例子。为了了解药物相互作用，制药公司可能想要模拟两种分子的相互作用。挑战在于每个分子由几百个原子组成，科学家必须模拟这些原子在引入到各自的分子时可能排列的所有方式。它的组合数量可能是无限的，甚至比整个宇宙中的原子数量还多。只有用量子计算机才能够表示，更不用说解决如此庞大的动态数据问题了。

量子计算被认为的主流应用时间还有几十年，而全球大学和私营企业的研究团队正在研究该技术的不同维度。

由弗吉尼亚大学(UVA)工程与应用科学学院的电气与计算机工程助理教授徐毅(Xu Yi，音译)领导的研究团队，他们在光子器件的物理和应用中开辟了一片天地。他们研发的器件能检测和成形光，可用于广泛的包括量子通信和量子计算等用途。他的研究小组创建了一个可扩展的量子计算平台，该平台运行在一个一美分硬币大小的光子芯片上，这大大减少了实现量子速度所需的设备数量。

弗吉尼亚大学的量子光学和量子信息教授Olivier Pfister和韩国先进科学技术研究所助理教授Hansuek Lee为这一成功做出了贡献。《自然通讯》杂志最近发表了该团队的实验结果，论文题目为“在芯片上的压缩量子微控制器”。

量子计算有望提供一种全新的信息处理方式。在台式机或笔记本这类经典计算机中处理的是以长串比特的信息，一个比特只能保存0或1的两个值之一。量子计算机并行处理信息，这意味着它们不必等待处理完一个信息序列就可以计算更多信息。这种信息单位称之为量子比特，它可以同时为1和0的混合体。量子模式(Quantum Mode或Qumode)是涵盖0和1之间的全部变量范围——小数点右侧的值。

研究人员正在研究不同的方法，以有效地产生实现量子速度所需的大量量子模式。

徐毅基于光子学的方法很有吸引力，因为光场是全光谱的。光谱中的每个光波都有可能成为一个量子单元。徐毅假设通过把光场进行纠缠，光将达到量子态。

熟悉通过光纤互联网传送信息的人可能会知道，在每根光纤内，许多不同颜色的激光器会并行使用，这种现象称为多路复用。该团队将多路复用的概念带入了量子领域。

“微型化”是他团队成功的关键。弗吉尼亚大学是使用光复用创建可扩展量子计算平台的先驱和领导者。2014年，Pfister教授的团队就成功地在大体积光学系统中产生了3,000多个量子模式。然而，使用这么多量子模式需要占用大量空间，以包含那些运行算法和执行其他操作所需的数千个镜子、透镜和其他组件。

“该领域的未来是集成量子光学，”Pfister说。“只有将量子光学实验从受保护的光学实验室转移到兼容现实场景的光子芯片，才能真正的看到量子技术的曙光。我们非常幸运能够吸引到弗吉尼亚大学量子光子学领域的世界专家，例如徐毅。我对这些新结果为我们打开的前景感到非常兴奋。”

徐毅的团队在光学微谐振器中创建了一个量子源，这是一种环形、毫米大小的结构，可包裹光子并产生微球体，这是一种能有效地将光子从单个波长转换为多个波长的装置。光在环的周围循环以聚集光学能量。这种能量积累增加了光子相互作用的机会，从而在微梳中的光场间产生了量子纠缠。

通过复用，徐毅的团队验证了从芯片上的单个微谐振器生成40个量子模式，并证明量子模式的复用可以在集成光子平台中工作。这只是他们初步能够衡量的数字。徐毅说：“我们估计，当我们对系统进行优化后，我们可以从单个设备中生成数千个量子模式。”

徐毅的多路复用技术为现实世界条件下的量子计算开辟了道路，在这种情况下，错误是不可避免的。即使在经典计算机中也是如此。但是量子态比经典态脆弱得多。补偿错误所需的量子比特数量可能要超过一百万个，设备数量也会相应增加。多路复用能将所需的设备数量减少两个或三个数量级。

徐毅的基于光子学的系统在量子计算任务中提供了两个额外的优势。使用超导电子电路的量子计算平台需要冷却到极低温度。由于光子没有质量，带有光子集成芯片的量子计算机可以在室温下运行或休眠。此外，Hansuek Lee使用的是标准光刻技术在硅芯片上制造了微谐振器。这很重要，因为这意味着可以批量生产谐振器或量子源。

徐毅说：“我们很自豪能够推动量子计算工程的前沿，并加速从大体积光学系统转变到集成光子学。我们将继续探索在基于光子学的量子计算平台中集成设备和电路并优化其性能的方法。”（编译:Qtech）