科学家们刚刚将18个量子比特(量子计算的最基本单位)压缩成6个奇怪的连接光子。

这是史无前例的每光子3个量子位，以及通过量子纠缠相互联系的量子比特数的记录。

这个新纪录的取得者是物理学家潘建伟和他的来自中国东部安徽省的中国科技大学的同事。

此前，关于量子纠缠态的纪录保持者也是这个团队，他们在2017年实现了稳定的10个量子位纠缠的状态。

那么，这为什么令人兴奋呢?

在传统计算机中进行的所有工作，包括阅读本文所用的任何设备，都依赖于使用位进行计算，位在两种状态(通常称为“1”和“0”)之间来回切换。

量子计算机使用量子位进行计算，量子位在两种状态之间同样摇摆，但其行为却遵循量子物理学中更为奇怪的规则。

与传统的位元不同，量子位元可以有不确定的状态——不是1，也不是0，而是两者都有可能——并变得奇怪地连接或纠缠在一起，因此一个位元的行为直接影响另一个位元。

从理论上讲，这就允许进行常规计算机几乎无法完成的各种计算(然而，目前量子计算还处于非常早期的实验阶段，研究人员仍在测试可能的结果，就像在这项研究中一样)。

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的量子物理学家西德尼•施雷普勒(Sydney Schreppler)表示，这项成就之所以成为可能，就是因为中国科技大学(USTC)的研究团队设法将这么多量子位压缩到这么少的粒子中。

她说:“如果我们的目标是制造18个这样的粒子，那么过去的方法就是制造18个相互缠绕的粒子，每个粒子一个量子位。”

“这将是一个缓慢的过程。”

她说，仅仅纠缠实验中使用的6个粒子就需要“许多秒”的时间，这已经是计算机时间里的永恒了，在这里，每次计算都必须开始一个新的纠缠过程。

每增加一个粒子加入到纠缠中，都要比最后一个粒子花费更长的时间，以至于建立一个18位的纠缠是完全不合理的，一次一个。

(有很多涉及超过18个量子位的量子实验，但在这些实验中，量子位并不是全部纠缠在一起。相反，系统在每次计算中只纠缠几个相邻的量子位元。)

6月28日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇论文中，研究人员利用了光子的“多重自由度”，将六种纠缠粒子(在本例中是光子)中的每一种粒子打包成三量子位元。

当一个量子位被编码成粒子时，它被编码成粒子可以在其偏振或量子自旋之间来回变化的状态之一。

每一个都是“自由度”。

一个典型的量子实验涉及到所有涉及的粒子的一个自由度。但是像光子这样的粒子有很多自由度。

而且，通过使用超过一种自由度的编码——这是研究人员以前尝试过的，但没有达到这个极限，Schreppler说——一个量子系统可以将更多的信息压缩到更少的粒子中。

“这就好像你在你的电脑里取了六个量子位，但是每一个量子位都能容纳三倍的信息，”Schreppler说，“而且他们能非常迅速和有效地做到这一点。”

她说，USTC的研究人员成功完成了这个实验，这并不意味着其他地方的量子计算实验将开始涉及更多的自由度。

她说，光子在某些量子操作中尤其有用——最重要的是，量子网络，即信息在多个量子计算机之间传输。

但是其他形式的量子位元，比如Schreppler所做的超导电路中的那些量子位元，可能不那么容易接受这种操作。

这篇论文提出的一个开放的问题，她说，是所有纠缠的量子位是否相互作用相等，还是同一粒子上的量子位相互作用之间存在差异，还是不同自由度下的量子位相互作用之间存在差异。

研究人员在论文中写道，在未来，这种实验装置可能会使某些量子计算成为可能，直到现在，这些量子计算还只是理论上的讨论，从未付诸实践。