據《自然·光子學》雜志發表的研究報告，麻省理工學院的研究人員利用被廣泛研究的新型太陽能光伏材料——一種鉛鹽石鈣鈦礦納米顆粒——作為光源，開發了一種新型的量子光源設備；并證明了這種材料的納米顆粒具有較快的低溫輻射速率，可以發射出具有相同特性的單光子流。雖然這項工作目前只是對這些材料功能的基本發現，但是它最終可能為新型光學量子計算機以及可能的用于通信的量子隱形狀態設備鋪平道路。

光學量子計算機的演變

所謂光學量子計算機，是一種使用光子（光粒子）而不是傳統的電子來進行計算和信息處理的新型計算機。傳統量子計算的大多數概念使用超冷原子或單個電子的自旋作為量子比特，或量子位，構成此類設備的基礎。相比較而言，使用光而不是物理物體作為基本量子比特，將消除對復雜而昂貴的設備的需求，以控制量子位，并從中輸入和提取數據。

在光學量子計算機中，被用作量子位的光子與傳統計算機中只能表示0或1的比特不同。光子的量子位可以同時表示0和1，這就是所謂的疊加。通過將多個光子糾纏在一起，它們之間的狀態會相互關聯，一種改變會立即影響到其他光子，這就是所謂的糾纏。這種糾纏關系可以在計算中實現高度的并行性和復雜性。

“如果我們想讓光子在能量、偏振、空間模式、時間以及所有我們可以用量子力學編碼的東西上有很好的定義，我們需要樣品源在量子力學上也有非常清晰地定義。”據麻省理工學院的研究生亞歷山大·卡普蘭介紹，他們最終使用的樣品源是一種鉛鹵鈣鈦礦納米顆粒。鉛鹵鈣鈦礦薄膜比當今標準的硅基光伏材料更輕，更容易加工，因此它們作為潛在的下一代光伏材料而受到廣泛的關注。

在納米顆粒形式下，鉛鹵鈣鈦礦以其極快的低溫輻射速率而著名，這使其與其他膠體半導體納米顆粒區分開來。光發射速度越快，輸出具有明確定義的波函數的可能性就越大。因此，快速的輻射速率使鉛鹵鈣鈦礦納米顆粒能夠獨特地發射量子光束。

光學量子計算機的優勢

“通過類似量子位的光子，只需‘家用’線性光學器件，就可以建造一臺量子計算機。”只要做好這些光子的準備，并實現每個光子精確匹配之前光子的量子特性，“就實現了真正重大的范式轉變，即從需要非常奇特的光學器件、非常昂貴的設備，轉變為只需要簡單的設備和需要特別的是光自身。”

據卡普蘭介紹，光學量子計算機的優勢非常明顯。首先，在于光子的高速度和穩定性。光子可以以光速傳播，因此信息傳輸速度非常快。此外，光子與外界環境的相互作用較弱，使得光學量子計算機更不容易受到噪聲和干擾的影響，提高了計算的精確性和可靠性。

此外，光學量子計算機還具有潛在的巨大計算能力。通過利用光子的量子特性，它可以在處理大規模問題時進行高效的并行計算，從而在某些特定任務上實現遠超傳統計算機的計算速度。

科學家們希望這項工作能夠激發人們進一步研究如何提高這些材料在各種設備中的性能。通過將這些光源集成到光學腔等反射系統中，不必使用非常昂貴奇特的光學器件與設備就可以制作出類似量子位的光子。而且，隨著技術的不斷進步，光學量子計算機有望成為未來計算和信息處理領域的重要工具，帶來革命性的進展和應用。