2026年3月6日——量子计算机通常需要数百个组件才能构成一个可靠量子比特，这使得规模化扩展既复杂又昂贵。特文特大学博士生弗兰克·索姆霍斯特开发了一种专为光量子计算机降低成本的方法。该方法将多个不完美的光子合并成一个具有更优特性的光子。据保守估计，这能使每个逻辑量子比特所需光子数量减少四分之三。他将于3月6日获得特文特大学博士学位。

全球范围内正有数十亿美元投入量子计算机研发。由于光子具有极高的稳定性并能以高速在芯片中传输，它们成为可扩展量子计算机的理想构建模块。但存在一个弊端：单个可靠计算单元往往需要数百个光子。“这感觉像是一种浪费，”索姆霍斯特表示，“你建造了最先进的机器，但在底层却要丢弃大量光子来纠错。我想知道：我们能否更聪明地实现这一点？”

不完美的光子

要实现可靠计算，光子必须具有不可区分性。在实验室中它们看似相同，但微小差异可能导致严重问题。一个光子可能比另一个稍早到达，或存在轻微频率偏差。这类差异会引发错误。

弗兰克·索姆霍斯特决定从源头解决问题，开发出“净化”光子的方法。他设计了一种光学电路，能将多个不完美光子组合并从中筛选出最佳状态。“与其事后不断纠错，我们首先提升光本身的质量，”他解释道，“这其实非常合理。如果输入质量更好，所需的纠错就会大幅减少。”

虽然需要多个不完美光子来产生每个“洁净”光子，但所需光子总数急剧下降。其模型显示光子需求减少了四倍。“这还是下限估值，”索姆霍斯特强调，“我们刻意采取保守计算。所有迹象表明规模化应用时收益会更大。”

从构想到硬件

这项始于理论构想的研究最终在真实量子硬件上得到验证。攻读博士期间，索姆霍斯特与特文特当地公司QuiX Quantum合作，在集成光子处理器上测试了该方法。特文特大学现已就该技术提交专利申请。他还与美国宇航局建立合作并访问了艾姆斯研究中心。“这很超现实，”他回忆道，“你在特文特纸上谈兵，几年后却站在NASA演讲。那一刻我意识到：这可能会产生实际影响。”

光量子计算机虽仍处发展初期，但更智能地利用光子质量有助于使系统更小巧、高效且经济。“这不是小优化，”索姆霍斯特指出，“当光子需求急剧减少时，计算机的形态将随之改变。更少硬件、更少纠错、更低复杂度——这使可扩展系统的实现更具现实意义。”