开创性的研究展示了对量子涨落的控制，为概率计算和超精确场感知开启了潜力。

来自麻省理工学院（MIT）的研究团队在量子技术方面取得了一个里程碑，首次展示了对量子随机性的控制。

这个研究团队专注于量子物理学中的一个独特特性，称为“真空涨落”。你可能会认为真空是一个完全没有物质或光线的空间。然而，在量子世界中，即使这个“空无一物”的空间也会出现涨落或变化。想象一下平静的海洋突然涌起波浪，这就类似于量子层面上真空中发生的情况。以前，这些涨落使科学家能够产生随机数。它们也是过去一百年间量子科学家发现的许多引人入胜现象的根源。

这项发现最近被描述在《科学》杂志上，由麻省理工学院的博士后研究员Charles Roques-Carmes和Yannick Salamin、麻省理工学院的教授Marin Soljačić和John Joannopoulos以及他们的同事共同撰写了这篇论文。

新的计算

传统上，计算机以一种确定性的方式运作，执行一系列预定义的规则和算法，按照步骤一步一步地进行。在这个模式下，如果你多次运行相同的操作，你总是会得到完全相同的结果。这种确定性的方法推动了我们的数字时代，但它也有其局限性，特别是在模拟物理世界或优化复杂系统上，这些任务通常涉及大量的不确定性和随机性。

这就是概率计算的概念所应用的地方。概率计算系统利用某些过程固有的随机性来进行计算。它们不仅提供一个单一的“正确”答案，而是提供一系列可能的结果，每个结果都伴随着其相应的概率。这使得它们天然适用于模拟物理现象和解决优化问题，因为这些问题可能存在多个解决方案，并且通过探索各种可能性可以找到更好的解决方案。

克服量子挑战

然而，概率计算的实际实施长期以来由于一个严重的障碍而受到阻碍：对与量子随机性相关联的概率分布缺乏控制。然而，麻省理工学院的研究小组的研究为可能的解决方案提供了新的线索。

具体而言，研究人员表明，将弱激光“偏置”注入到光参量振荡器中，这是一个自然生成随机数的光学系统，可以作为一种可控的“偏倚”量子随机性来源。

研究中的一位研究者Charles Roques-Carmes指出：“尽管对这些量子系统进行了广泛研究，但对非常微弱的偏置场的影响尚未被探索。”他说：“我们发现可控的量子随机性不仅使我们能够重新审视几十年前的量子光学概念，还在概率计算和超精密场感应方面开辟了新的潜力。”

该团队成功展示了操纵光参量振荡器输出状态概率的能力，从而创建了史上第一个可控的光子概率位（p位）。此外，该系统还展示了对偏置场脉冲的时间振荡的敏感性，即使在单光子水平以下也能观察到。

未来的影响和前景

另一位团队成员雅尼克·萨拉明(Yannick Salamin)指出：“我们的光子p位生成系统目前每秒可以产生10,000个比特，每个比特都可以遵循任意二项分布。我们预计这项技术在未来几年将得到发展，从而产生更高速的光子p位和更广泛的应用领域。”

麻省理工学院的马林·索利亚奇克教授强调了这项工作的更广泛意义：“通过使真空波动成为可控的元素，我们正在推动量子增强的概率计算的可能性边界。在组合优化和格子量子色动力学模拟等领域模拟复杂动力学的前景非常令人兴奋。”