麻省理工学院的研究团队在量子技术领域取得了重要进展，首次实现了对量子随机性的控制。
研究人员关注量子物理学中的一个独特现象——“真空涨落”。虽然我们通常认为真空是没有物质和光的空间，但在量子层面上，这个“空”的空间实际上是动态的，时常会出现波动。可以想象，平静的海面突然掀起波浪，这与量子真空中的情况相似。过去，这些波动使得科学家能够生成随机数，量子科学家在过去一百年中发现了许多有趣的现象，这也是其中的原因。
这一研究成果发表在今天的《科学》杂志上，由麻省理工学院的博士后查尔斯·罗克斯·卡梅斯和亚尼克·萨拉明领导，参与者还包括麻省理工学院的Marin Soljačić和John Joannopoulos等。
传统计算机以确定性的方式运行，遵循一系列预设的规则和算法逐步执行指令。在这种情况下，多次执行相同操作总会得到相同的结果。这种确定性方法推动了数字时代的发展，但在模拟物理世界或优化复杂系统时，它的局限性显而易见，因为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发挥作用的地方。概率计算系统利用某些过程的内在随机性来进行计算。它们不仅提供单一的“正确”答案，而是给出一系列可能的结果及其相关概率。这使得它们非常适合模拟物理现象和解决可能存在多个解决方案的优化问题，探索各种可能性也能带来更好的解决方案。
然而，概率计算的实际应用历史上一直受到一个重大障碍的制约：缺乏对与量子随机性相关的概率分布的控制。但麻省理工学院的研究团队揭示了一个可能的解决方案。
具体而言，研究人员证明了将弱激光“偏置”注入光学参量振荡器（自然生成随机数的光学系统）可以作为“偏置”量子随机性的可控来源。
“尽管对这些量子系统进行了广泛研究，但非常弱的偏置场的影响尚未被探索，”该研究的研究员查尔斯·罗克斯-卡梅斯表示。“我们对可控量子随机性的发现不仅使我们能够重新审视量子光学中几十年前的概念，还为概率计算和超精确场传感开辟了新的可能性。”
该团队成功展示了操控与光学参量振荡器输出状态相关的概率，从而创造了有史以来第一个可控光子概率比特（p-bit）。此外，该系统对偏置场脉冲时间的振荡表现出敏感性，甚至低于单光子水平。
团队成员Yannick Salamin表示：“我们的光子p位生成系统目前每秒可以产生10,000位，每个位都可以遵循任意二项分布。我们预计这项技术将在未来几年内发展，实现更高速度的光子p位和更广泛的应用。”
麻省理工学院的Marin Soljačić教授强调了这项工作的更广泛意义：“通过将真空波动转变为可控元素，我们正在推动量子增强概率计算的潜在边界。在组合优化和晶格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。”
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