设置表征：在第二个 SLM 上编码 Hadamard 矩阵时 CCD 相机收集的强度图像，以及在第一个 SLM 上从 Hadamard 矩阵的列之一构建的矢量。图片来源：APL Photonics （2024）。DOI： 10.1063/5.0230335

金山大学 （Wits） 的物理学家使用激光束和日常显示技术开发了一种创新的计算系统，标志着在寻求更强大的量子计算解决方案方面取得了重大飞跃。

该大学结构光实验室的研究人员实现了这一突破，通过利用光的独特特性，为高级量子计算提供了一种更简单、更具成本效益的方法。这一发展可能会加快物流、金融和人工智能等领域的复杂计算。该研究作为编辑推荐发表在《APL Photonics》杂志上。

“传统计算机的工作方式类似于总机，以简单的是或否决定的形式处理信息。我们的方法使用激光束同时处理多种可能性，从而大大提高了计算能力，“Wits 光学领域 Optica 新兴领导者主席 Isaac Nape 博士说。

包括硕士生 Mwezi Koni 和 Hadrian Bezuidenhout 在内的研究团队使用令人惊讶的普通组件构建了他们的系统——激光束、类似于投影仪中的数字显示器和简单的镜头。

关键是将光与光学设备（如数字显示器和镜头）的交互方式与量子计算机中的量子运算执行的数学运算联系起来。这些运算可以简单地分解为乘法和加法（使用向量和矩阵），所有这些都以光速执行。

一旦实现这一点，他们展示了 Deutsch-Jozsa 算法，这是一种巧妙的测试，用于确定计算机执行的操作是随机的还是可预测的，量子计算机可以比任何经典计算机更快地完成此操作。

“我们的工作为模拟更复杂的量子算法铺平了道路，”Koni 补充道。“这可能会在量子优化和量子机器学习等领域解锁令人兴奋的新可能性。”

他们的方法可以处理比传统计算机多得多的信息，传统计算机仅限于处理 1 和 0。

“我们已经证明，我们的系统可以处理 16 个不同级别的信息，而不仅仅是经典计算机中使用的两个，”领导该实验的 Koni 说。“理论上，我们可以将其扩展到处理数百万个关卡，这将改变处理复杂信息的游戏规则。”

这一发展对南非和其他新兴经济体来说特别重要的原因是它的可及性。该系统使用现成的设备，使其成为可能无法获得更昂贵计算技术的研究实验室的实用选择。

“光是这种计算的理想媒介，”Bezuidenhout 说。“它的移动速度非常快，可以同时处理多个计算。这使得它非常适合处理传统计算机需要很长时间才能解决的复杂问题。

该研究是 WitsQ 量子计划的一部分，并得到南非量子计划 （SAQuTI） 的支持，使南非处于先进计算研究的前沿。该团队现在正在努力扩展其系统的功能，这可能会在未来带来更强大的计算解决方案。

这一发展代表着在使高级计算更易于访问和实用方面向前迈出了重要一步，特别是对于尖端技术基础设施可能受到成本限制的地区。

更多信息：Mwezi Koni 等人，使用光学矩阵乘法模拟量子计算，APL Photonics （2024）。DOI： 10.1063/5.0230335