傳(chuan) 統計算機依賴於(yu) 各種電子元件（圖片來源：pixabay）

　　根據量子力學原理，科學家可以利用微觀物質的兩(liang) 種狀態作為(wei) 計算機進行運算的基本單位。這樣的運算稱之為(wei) “量子計算（Quantum Computation）”，它是近年來物理學和信息科學領域研究的熱點之一。科學家希望通過“量子計算”提高目前計算機的信息處理能力和運算速度，以完全發揮它們(men) 在網絡安全、軟件工程、金融管理乃至生物醫學等不同領域的重要作用。

　　量子計算機擺脫了傳(chuan) 統計算機對於(yu) 晶體(ti) 管等材料的依賴，它使用“量子比特（quantum bit，簡稱 qubit）”作為(wei) 基本運算單位。因此，選擇什麽(me) 樣的粒子作為(wei) “量子比特”，將會(hui) 很大程度上影響量子計算機的運算能力。在最初的實驗中，按照量子力學研究的一般思路，人們(men) 使用具有波粒二象性的光子進行量子運算。

　　我們(men) 可以把光子看作是光的粒子，顯然光子具有量子計算機所需的量子效應。並且，正如科學家所預期的一樣，運用光子進行量子計算的原型機表現出了遠超傳(chuan) 統計算機的計算能力。但是人們(men) 很快發現，利用“聲子（phonon）”代替光子作為(wei) 量子計算的單位或許能夠取得更大的優(you) 勢。

量子計算機將會(hui) 擁有遠超傳(chuan) 統計算機的性能（圖片來源：pixabay）

　　和光子一樣，我們(men) 可以把聲波的最基本單位也看作是一種粒子。然而，“聲子”很難被科學家在一個(ge) 極小的時空尺度下進行精密的控製與(yu) 操作。人們(men) 曾經通過轉換的方法，將聲子存儲(chu) 在電路裏，聲子破壞的同時可以留下一個(ge) 可讀取的電信號。之所以要采用這種方法，原因在於(yu) 探測聲子的過程本身就會(hui) 對聲子造成破壞，而這種方法在操控光子方麵已經擁有許多成功的案例。這種計算單位稱為(wei) “超導量子比特（superconductor qubit）”。

　　最近，來自美國標準技術研究所等機構的研究人員重新分析了這個(ge) 問題。他們(men) 希望改進原有的方案，讓聲子不會(hui) 在被探測到的時候破壞。另一方麵，研究人員還希望找到更多使用聲子進行量子計算的優(you) 勢。

　　在新設計的量子電路中，通過引入新的材料，聲子在大約接近於(yu) 頭發絲(si) 直徑的距離內(nei) 折返一次，時間正好可以讓研究人員進行一次電流變化的檢測。這樣一來，研究人員既能間接了解到具體(ti) 的數值，又不需要真正地破壞聲子。相關(guan) 的研究與(yu) 分析已經發表在了《物理評論 X》期刊上。

聲子和量子計算已經展示出了光明的前景（圖片來源：pixabay）

　　如果我們(men) 把同樣的技術應用到速度更快的光子上，光子反而是做不到的。我們(men) 知道，聲音的傳(chuan) 播速度比光要慢，而這個(ge) 差異正好在這項技術中體(ti) 現出來，“慢速”在這裏成為(wei) 了一種“優(you) 勢”。根據計算，要實現同等精度的探測，光子需要有12米的往返距離。這個(ge) 距離顯然超出了量子計算的尺度。於(yu) 是這也從(cong) 側(ce) 麵證明了在量子計算領域聲子是優(you) 於(yu) 光子的。

　　這種“慢速”甚至可以實現在同一個(ge) 超導量子比特中擁有多個(ge) 模態的聲子，從(cong) 而進一步提高量子計算機的性能。同一個(ge) 超導量子比特中擁有多個(ge) 模態的聲子，意味著使用這個(ge) 超導量子比特就能達到使用多個(ge) 普通超導量子比特的計算效果。然而不能忽視的是，聲子的壽命極短，盡管利用聲子進行量子計算具有優(you) 勢，但是顯然距離實際的應用還有很長一段路要走。

　　不過，科學家正在逐步掌握操控聲子的技術，聲子和量子計算已經展示出了光明的前景，我們(men) 也期待今後有更加令人驚喜的成果出現。