趋势网(微博｜微信｜熊掌号)：虽然我经常写量子计算，但我主要写两种形式:量子门计算和绝热量子计算。不过，还有第三种量子漫步。量子行走是在自然界中发现的:量子行走是光合作用中的电子传递步骤的工作原理。现在研究人员已经让整个原子云按照量子节拍前进。

量子行走可以用光来实现，但你需要为每一次计算制造一台新电脑。然而，在玻色-爱因斯坦凝聚中，光和物质的作用是相反的。研究人员用这个来演示BEC量子行走。

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一群量子计算机

在我们开始之前，让我们快速比较一下不同的量子计算机类型。量子计算机是最常见的。计算使用离散逻辑操作，使用一组门，并在最后读出答案。

绝热量子计算不涉及离散操作。相反，这个问题被重新设计为某些能源景观的最低能量状态(想想解决方案是在山区最低的山谷中)。窍门是从一个看起来像光滑碗状的景观开始，慢慢地创建山脉，这样当整个过程完成时，量子比特(量子位)就会落入最低的山谷中。读出量子位元的值可以揭示问题的解决方案。

量子漫步与这两种不同。问题被编码为一系列路径。量子状态同时包含了所有可能的路径，但是这些路径允许量子状态干涉它自己，这样编码解的路径就有很高的概率，而其他的就没有。换句话说，你送进一些量子物体——比如说，一个光子——然后测量光子从哪里出来得到解。

诀窍是创建一组相互链接的路径，对您希望解决的问题进行编码。如果光子是量子位，你可以用光纤来做。纤维彼此小心地耦合在一起，这样量子位元就可以在多条路径上移动，并与自身混合。耦合的强度决定了光子在每根光纤中的“传输量”，而光纤的长度决定了干涉是有建设性的还是有破坏性的。

光量子行走很可爱，但每个装置都是固定的:纤维的长度和不同纤维之间的耦合不容易调整。从本质上说，基于光量子行走的计算机缺乏可编程元件。

像光一样流动的物质

然而，在BEC中，光和物质的作用是可以互换的。BEC是一组非常冷的原子，它们都处于相同的量子态。这就意味着集合的行为就像一个粒子。当你用一束光撞击BEC时，它就会受到一个冲击和一些动量，导致它漂移。但漂移的方向取决于BEC的内部状态。

内部状态是通过微波脉冲设定的。例如，正确的微波脉冲会使BEC变成两个态的叠加。如果微波脉冲之后是激光的一击，那么由于这种叠加，BEC必须同时向两个方向移动。

研究人员发现，可以通过微波和激光脉冲序列来控制BEC的空间路径，控制器的动作就像一个熟练的弹球手。但这是量子弹珠:每一次BEC碰到保险杠，球就会向多个方向运动，并碰到多个额外的保险杠。为了使事情变得更复杂，这些球在不同的点交叉并重新组合。当路径重叠时，BEC会干 扰自身。干 扰降低了在特定路径上找到BEC的概率，而在其他路径上增加了BEC——这正是我们想要的量子计算。

让光线成为一个固体

当光线需要玻璃纤维之间有固定的耦合(以及连接点之间的固定长度)时，BEC版本更加灵活。光踢在自由空间中移动BEC，而微波脉冲就像不同路径之间的耦合器。关键是光脉冲的数量改变了路径长度，而微波脉冲的强度改变了不同路径之间的耦合。

由于光和微波脉冲都不是固定的，它们可以随时改变——路线是可编程的。

但是现在还没有电脑。研究人员已经证明了一个BEC可以用来进行量子行走。然而，他们还没有证明他们可以在行走中编码一个问题。

就我所知，迈出这一步会有一些困难。制造计算机意味着不同的路径应该受到不同的微波脉冲的影响。使用光纤模拟:当光子分裂成两条不同的路径后，左边的路径与右边的路径相比，会受到不同的耦合和路径长度的影响。但是，不同的BEC路径之间的距离非常小，不可能只将微波脉冲对准其中的一个。换句话说，我们无法阻止微波源改变整个BEC的内部状态。

然而，这是一个良好的开端。BEC量子漫步有可能结合几个世界的优点。BECs在清洁的真空环境中工作，依赖中性原子。它们应该能够提供高度可靠和长寿命的量子比特。在这方面，它们很像离子陷阱量子计算机。此外，量子行走可能提供了一种方法，可以扩展到更大的问题，而不必单独处理大量量子位元的集合。在这方面，这种方法更像绝热量子计算，并提供了扩展的前景。